太阳能作为一种清洁高效的可再生能源，其高效捕获与转化一直面临巨大挑战。然而，在纳米光催化中，为了防止纳米颗粒团聚而引入的传统绝缘保护剂（如聚合物表面活性剂），往往会覆盖催化活性位点，形成阻碍界面电荷转移的动力学壁垒。此外，依赖静电引力组装的多组分体系往往存在界面构型不明确、分子间电子转移路径不清及传输速率低下等问题，严重制约了光催化效率。

针对上述瓶颈，西安交通大学前沿科学技术研究院何刚教授课题组创新性地提出了一种“双功能共价键结合”策略。研究团队利用氮杂环卡宾（NHC）作为桥梁，将具有强可见光吸收、窄能隙和多重氧化还原性的含硒紫精（SeV²⁺）直接连接并锚定在铂纳米颗粒（PtNPs）表面，成功构建出一种共价集成的单组分光催化剂（SeV²⁺-NHC-PtNPs）。

超快光谱（fs-TA）、光电化学等研究证实，由此产生的 Pt-C 共价键发挥了关键的双重功能：一方面，它作为坚固的结构支架，在无需引入绝缘层的情况下实现了PtNPs的高度稳定；另一方面，它构建了直接的电子通道。得益于该共价通道，光生电子能够以极快的速度（约0.05 ps）从SeV²⁺配体定向注入到铂催化核心，实现了极其高效的分子内电子转移；同时长寿命的电荷分离态有效抑制了电子回传，为后续的质子还原过程提供了充足时间。

凭借集光敏剂、电子传递体与催化核心于一体的单组分集成设计与优异的光电性质， SeV²⁺-NHC-PtNPs在光催化产氢中展现出卓越的性能。在温和的水相体系中，其产氢速率达到2706 μmol·h^-1·g^-1，转换数（TON）达到169，表观量子产率（AQY）为0.9%。这一催化性能显著优于依赖静电作用的传统多组分体系及以往的单组分光催化剂。

该工作巧妙利用共价集成策略，不仅成功克服了传统纳米催化剂中绝缘保护层带来的电荷转移壁垒，更为开发简明、高效且稳定的太阳能-化学能转化系统提供了全新的设计思路与坚实的材料基础。

以上研究成果以“Covalently Integrated Selenoviologen–N-Heterocyclic Carbene–Pt Nanoparticles for Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution”为题发表在国际权威期刊《先进科学》（Advanced Science）上。

文章连接：http://doi.org/10.1002/advs.76777

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