综述：用于光热增强光催化产氢的贵金属单原子催化剂工程化设计

《Nano-Micro Letters》：Engineering Noble Metals Single-Atom Catalysts for Photothermal-Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production

　　

光热增强光催化析氢（photothermal-enhanced photocatalytic hydrogen evolution，PHE）通过将非辐射损失转化为局域界面加热，而贵金属单原子催化剂（single-atom catalysts，SACs）则提供原子高效且结构明确的活性位点。然而，由于反应区域温度通常缺乏严格约束、单原子在光与热作用下的活性形态鲜有被验证，以及模型悬浮体系中的性能难以直接外推至实际反应器或长期运行条件，因此该领域的进展仍难以进行可比性评估与有效转化。本文综述了用于光热采集与单原子位点设计的主要材料平台，并界定了关键载体需求，包括强光吸收、高效电荷与热传输以及稳定锚定位点。本文还概述了不同贵金属的典型功能，并提出了具有可操作性的研究框架。以测温为锚定的实验方案可通过温度匹配对照、吸收归一化动力学以及活化能基准，有助于区分热效应、光化学效应及其协同效应。基于操作态（operando）与超快过程的证据框架可实时追踪配位、价态、电荷转移及中间体，从而验证动态活性位点。最后，面向规模化的设计准则将光子与热管理同传质、气泡动力学、可规模化合成以及长期验证相联系，为光催化走向具有机理可问责性且可部署的太阳能 H₂ 生产提供指导。

1 Introduction

文章首先回顾了光催化分解水与太阳能制氢的发展脉络，指出颗粒型光催化体系因器件结构简单、成本潜力较低以及具备放大可行性而受到广泛关注。尽管当前颗粒与片层平台的太阳能制氢效率已有显著提升，并出现了百平方米尺度的室外验证，但实际光催化析氢（photocatalytic hydrogen evolution，PHE）仍主要受三类耦合瓶颈制约：光生载流子快速复合、太阳光谱利用不充分以及半导体-水界面表面反应动力学迟缓。文章据此提出，光热增强 PHE 并非简单的“受光照热催化”，而是光、热、电荷三者耦合的反应路径：吸收光子产生电子-空穴对，部分能量经非辐射弛豫、缺陷介导复合或等离激元衰减转化为局域热，从而促进吸附/脱附、质子耦合电子转移以及近界面传质。

随后，作者引入单原子催化剂（SACs）在该体系中的核心作用。自 2011 年单原子被确立为真实非均相活性中心以来，贵金属单原子逐渐成为解决 PHE 关键限制的重要手段。孤立金属原子被布设于半导体界面时，可在超低负载下实现最大化金属利用，并提供更明确的反应位点。围绕 Pt 单原子、Ru 单原子以及 Au 单原子的研究表明，这些位点既可作为电子汇抑制复合，也可作为析氢反应（hydrogen evolution reaction，HER）位点直接参与质子还原。文章强调，随着研究深入，重点已由“制备单原子”转向“工程化设计位点环境与位置”，包括调控配位与价态、缩短电子输运路径，以及构筑可重构界面平台。

作者进一步指出，即使 SACs 改善了界面电荷提取，许多体系在真实水相条件下仍受表面动力学与近界面传质限制。由此，利用 Au、Ag 等作为等离激元“天线”，以及 Pt、Ru、Ir 作为“反应器”位点的天线-反应器构型，成为实现宽光谱利用、局域热点形成与原子位点催化协同的重要结构基础。引言最后明确本综述目标：围绕载体设计、贵金属功能分化、热效应与光效应解耦、操作态证据建立，以及规模化与长期运行要求，构建一个面向机制可靠性和应用转化的系统框架。

2 Design Principles of Support for Photothermal-Enhanced PHE

本节从载体层面系统论述光热增强 PHE 的设计原则。作者指出，光热增强 PHE 涉及光子吸收、电荷生成、非辐射能量耗散、局域加热及表面质子还原动力学，因此载体不仅要满足传统光催化中的吸光与电荷分离要求，还必须同时兼顾光热转换、热局域化、热耗散及界面反应可达性。

2.1 Functional Requirements of Semiconductor Supports

作者将水相单原子光热 PHE 载体界定为集成光吸收、载流子生成、局域热产生、电荷提取与界面传质的多功能平台。其关键要求包括：其一，强锚定与化学定义明确的配位环境。由于局域加热会促进原子迁移与配位重构，载体需提供空位、杂原子、孔边缘或官能团等位点以稳定孤立贵金属原子，并通过 X射线吸收近边结构（XANES）、扩展 X射线吸收精细结构（EXAFS）及高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）验证反应前后配位不变。其二，能级匹配与氧化还原兼容性。光热升温虽可加快表面步骤，但不能弥补本征热力学不利，因此载体导带/价带位置或前线能级必须满足质子还原及氧化半反应需求。文中尤其强调 S-scheme 异质结通过界面能带弯曲与内建电场保留高能电子与空穴，从而维持较强氧化还原能力。其三，界面电子耦合与快速电荷提取。支持体-单原子界面应确保光生电子在复合前高效输运至单原子位点，并通过电化学阻抗谱（EIS）、瞬态光电流、时间分辨光谱以及原位辐照 X射线光电子能谱（XPS）、电子顺磁共振（EPR）、开尔文探针力显微术（KPFM）等证据证明定向电荷转移。其四，高位点可及性与传质友好结构。文章以分级多孔共价有机框架（COFs）为例说明，宏孔引入可显著降低传质阻力与气泡阻塞。其五，适度润湿性与分散性。合理润湿可强化水接触、促进热交换并减小气泡黏附，但过度溶胀或界面淹没会削弱局域热梯度并阻碍 H₂ 排出。其六，受控的光热响应。理想载体应在反应区附近实现适度局域升温，而非单纯抬高体相温度，并需借助微纳尺度测温与温度匹配暗反应对照验证真实光热贡献。其七，化学与结构耐久性。活性保持必须与单原子分散和配位保真同步验证，不能仅以产氢速率稳定推定结构稳定。

2.2 Carbon Nitride Supports Including g-C₃N₄ Derivatives

文章指出，碳氮化物由于比表面积高、富氮骨架可提供丰富配位位点且具可见光响应性，成为承载单原子的重要平台。其氮富集共价骨架不仅可稳定孤立金属中心，还能主动调制界面电荷转移动力学。作者列举了 O 掺杂与 N 空位协同调控的 g-C₃N₅ 负载 Pt 单原子体系，说明缺陷与掺杂协同可优化 Pt 周围局域环境及 H* 吸附自由能，从而显著促进 H₂ 演化。另一项工作通过温和光沉积实现多种金属在 g-C₃N₄ 上的高分散负载，表明 Pd 单原子相较 Pd 纳米颗粒具有更高单位活性位点效率。文中还提到 Pt–N 配位的 Pt SAs/C₃N₄ 体系在更低 Pt 负载下即可超越纳米 Pt 体系，说明碳氮化物载体设计的关键不在于提高金属总量，而在于将孤立 Pt 原子安置于电子活性配位位点。整体上，本节总结出碳氮化物体系的优势在于通过金属–N 配位实现位点稳定与电荷分离，而合理金属种类与配位环境的选择是提升性能的核心。

2.3 Sulfide Supports Including CdS and ZnIn₂S₄

作者认为，CdS 与 ZnIn₂S₄ 等金属硫化物具备合适带隙、较强可见光吸收和丰富表面硫配位位点，因此是兼具光吸收与单原子锚定潜力的候选载体。但其主要问题在于载流子复合和光腐蚀，而局域加热又可能加剧硫空位演化及表面重构。以 CdS 为例，Pt–S₃ 与 Pd–S_x 等单原子位点可兼具电子提取与氢转移中心功能，既促进 HER，也可耦合有机底物转化。超快瞬态吸收结果显示，CdS 量子点上的 Pt 单原子可在皮秒尺度内完成电子提取，从而显著抑制复合。对于 ZnIn₂S₄，作者先讨论了通过厚度控制和晶面暴露激活本征 S 位点，再引入超低负载 Pt 单原子形成凸出 Pt-S₃ 构型，从而改善电子抽取与局域供质子过程。此外，Pd 单原子与硫空位协同的 ZnIn₂S₄ 体系在纯水中实现了 H₂/H₂O₂ 共生产，表明非牺牲剂条件下的替代性氧化路径也具潜力。作者通过比较指出，尽管部分非贵金属单原子硫化物体系的质量归一化产氢速率很高，但从表观量子效率（AQY/AQE）看，Pt 与 Pd 等贵金属单原子往往更能有效将吸收光子转化为界面电荷转移与质子还原过程。

2.4 Oxide Supports Including TiO₂ for Photocatalytic H₂ Evolution

TiO₂ 被定位为最经典、最具机理清晰性的氧化物单原子载体。其优势在于水相稳定性高、抗光腐蚀能力强、表面氧位点丰富，适于形成 Pt–O 锚定并在超低负载下抑制聚集。在光热增强 PHE 中，TiO₂ 尤其适合作为研究热辅助界面电荷转移与氢相关表面过程的平台。文章总结了三类代表性工作：其一，Pt 单原子/锐钛矿 TiO₂ 纳米片研究显示，Pt 单原子可促进氢向 TiO₂ 次表层注入，形成富氢区并降低 H₂ 释放势垒，从而产氢性能优于 Pt 纳米颗粒体系。其二，晶面控制研究表明，若 Pt 单原子在热处理后埋入次表层，则尽管热力学上稳定，但反应物不可达会显著降低实际催化效率，说明位点“可接近性”与“稳定性”同样重要。其三，通过卟啉前驱体在 TiO₂ 薄膜表面构筑可调间距的 Pt 单原子阵列，可揭示 Pt 位点密度与光生电子供给之间的匹配关系。由此，作者认为 TiO₂ 的研究价值更多在于揭示原子位结构、晶面位置、电荷供给与热效应之间的因果联系。

2.5 Hybrid Supports and Heterostructure Scaffolds

最后，作者讨论了混合载体与异质结构支架。由于单一载体通常难以同时满足强吸光、高效电荷分离、稳定锚定与优良传质等要求，异质结构通过将这些功能分配给不同组分并借助界面引导电荷流向单原子位点，从而形成更优体系。对于光热增强 PHE，这种“分工”还应纳入热管理，即将光热域、电荷输运界面与 HER 活性位点进行空间耦合。文章重点分析了 Pd 单原子/CdS–紫磷烯及 Pd/g-C₃N₄–CdS 等 S-scheme 异质结构，表明其优势不仅在于能带匹配，更在于高能电子能否经界面定向快速输运至孤立金属位点并被及时消耗。整体而言，本节强调不同载体家族虽材料类别不同，但真正决定性能提升来源的是瓶颈类型：碳氮化物更偏向载流子提取，硫化物涉及光腐蚀与空位化学，氧化物侧重位点位置与机理可视化，混合结构则突出界面导向电荷路由。

3 Recent Progress in Photothermal-Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution on Precious-Metal Single-Atom Sites

本节从“载体如何承载单原子”转向“不同贵金属单原子在光热运行条件下究竟承担何种功能”。作者提出一个功能图谱：Pt 更偏向电子汇与 HER 中心，Ru/Ir 更强调稳定性与耐热配位特征，Au/Ag 则更多体现为等离激元光热天线或与单原子位点协同的光捕获单元。

3.1 Pt Single Atoms as Electron Sinks and PHE Centers

Pt 单原子被认为是最有效的 PHE 助催化剂之一，因为其兼具高功函数驱动的电子俘获能力和接近热中性的 H 吸附自由能。文章归纳了三类设计杠杆：硫化物中的空位钉扎、碳氮化物中的配位编程、TiO₂ 中的晶面选择性定位。在硫空位稳定的 CdIn₂S₄ 体系中，硫空位既抑制 Pt 烧结，又形成有利于电子漏斗传输的陷阱态，因而提升 Pt 作为电子汇与 HER 位点的双重作用。在碳氮化物中，非对称 Pt–N₃ 与对称 Pt–N₄ 对比说明，配位数变化会改变 Pt d 轨道占据与 Pt–H 相互作用，进而影响电子收集与表面动力学。在 TiO₂ 中，将 Pt 单原子优先布置于电子输出晶面可在极低 Pt 负载下实现很高周转频率（TOF）。作者据此强调，Pt 单原子的性能优势并非仅来自“元素本身”，而取决于其是否被放置在天然电子出口、是否具有适配的配位环境以及能否在光热条件下维持可及性与分散性。

3.2 Ru and Ir Single Atoms as HER-Active and Thermally Robust Motifs

与 Pt 相比，Ru 与 Ir 提供了不同电子结构和热稳定性路径。文中指出，当载体调制使 Ru 的 d 带位置与 Ru–H 键强度达到适宜范围时，Ru 单原子可以具备类似 Pt 的 HER 活性；而 Ir 由于更强亲氧性、高功函数以及较强金属-载体相互作用，更适合作为在光热扰动下维持电荷分离与结构稳定的位点。作者列举了三种稳定化策略：缺陷修复、电子缓冲和强金属-载体相互作用。例如，在晶态红磷中预锚定 Ru 单原子可抑制缺陷诱导深陷阱并引导后续 Ru 纳米颗粒均匀成核，形成单原子-纳米颗粒协同界面；在 ZnIn₂S₄/MXene-Ru 体系中，Ru 修饰表面与导电 MXene 可充当电子“蓄车位”，使系统在关灯后仍能持续放氢；而在 Ir/BiVO₄ 中，通过强金属-载体相互作用与光诱导双助催化位点构筑，可在整体水分解中维持高分散和高稳定性。作者认为，Ru/Ir 体系并非简单“优于 Pt”，而是扩展了在热扰动、强光照及长期运行情形下可供选择的构型与机制空间。

3.3 Au and Ag as Photothermal Antennas Coupled to SAC Sites

Au 与 Ag 为该领域引入了区别于传统 HER 位点的另一设计维度。以单原子形态存在时，Au 或 Ag 也可参与界面电荷调控与底物活化；而在纳米颗粒或纳米结构形态下，它们更重要的功能在于通过局域表面等离激元共振（LSPR）增强光捕获、近场效应及局域加热。作者强调，在“天线-反应器”体系中，关键并不在于 Au/Ag 是否比 Pt 更适于 HER，而在于等离激元导出的能量能否足够快速地传递到相邻原子级反应口袋，并在可测温边界条件下提升电子通量与表面步骤速率。相关工作显示，Au₁–N₃ 位点可在缺陷化 g-C₃N₄ 中引入中间能级、抑制复合并提升产氢；而聚合碳氮化物上的 Au 纳米颗粒研究则说明，当长波段下过程更多由 LSPR 主导时，若表面缺乏足够反应位点来消耗载流子，则活性反而下降，因而更需要与单原子反应中心协同。类似地，Ag 单原子与 Ag 纳米颗粒共存的碳氮化物纳米管中，Ag₁ 位点主要负责 H₂O 吸附解离，而 Ag 纳米颗粒促进 H₂ 形成与脱附，体现了“相邻位点分工”的机制图景。作者最终总结：Pt、Ru、Ir 应重点从原子位点稳定性与电荷转移动力学评估；Au、Ag 体系则必须辅以更严格的温度控制、波长依赖测试与局域测温，以区分真实等离激元效应与简单热升温伪象。

4 Thermal and Photochemical Attribution in Photothermal-Enhanced PHE

本节集中讨论如何严格区分光热增强 PHE 中的热贡献与光化学贡献。作者指出，光照下光生载流子生成与局域热产生同时在同一界面发生，二者都可能导致产氢速率上升，因此仅凭光照下活性增强无法判断主导机制。为此，文章首先提出一套关键实验参数与可重复表征证据框架，包括反应装置、反应介质、光学输入、吸收光、温度场、催化输出以及稳定性条件，并强调只有在相同照射与反应条件下同步获取温度、动力学和结构/电子演变，机制归属才具有可辩护性。

4.1 Conceptual Basis: Why Decoupling is Non-Trivial

作者从概念层面指出，光热催化中的表观速率可视为依赖光子通量与载流子能量学的光化学项，以及依赖局域温升的热项叠加而成，但两者并非严格可分，因为温度还会反馈影响载流子寿命、表面覆盖度与界面动力学。对于天线-反应器结构及多金属体系，这种耦合更强，因此必须通过显式控制温度场与光化学驱动力来实现机理解耦。

4.2 Distinguishing Photothermal Effects from Hot-Carrier-Driven Mechanisms

在区分光热效应与热载流子驱动机制时，作者强调必须依赖“证据链”而非单一实验。局域温升、近场增强与非平衡载流子可同时存在，因此需综合反应区测温、温度匹配暗反应、波长依赖反应谱、光强依赖动力学以及时间分辨/原位光谱。尤其重要的是时间尺度判据：飞秒热载流子生成与注入并不自动意味着其主导稳态产氢，因为真正限速步骤可能是质子还原、载流子复合、传质或气泡脱附。因此，超快谱学证据必须与 AQY、TOF、表观活化能以及归一化产氢速率等稳态指标交叉验证。

4.3 Thermometry-Anchored Decoupling Workflow and Kinetic Descriptors

作者提出五步解耦流程。第一步，温度匹配对照：比较光照、暗态外加热至相同温度以及二者叠加条件，判断表观增强是否超出纯热加速。第二步，光强依赖动力学：速率对光强的超线性依赖虽常被视作非平衡载流子标志，但也可能由光热升温引起，因此必须结合温度监测。第三步，波长依赖与吸收匹配：在等吸收功率或严格可比光学条件下进行波长扫描，有助于区分特定光学跃迁与单纯吸热效应。第四步，Arrhenius 分析与表观活化参数：光照下表观活化能降低可能意味着电子过程参与，但也可能反映限速步骤改变或覆盖度变化，不能孤立解释。第五步，light-off 基准与速率位置效应：反应器在暗态动力学曲线上的位置不同，微小温差即可引起巨大速率变化，因此不能只报告单一温度点对照。作者还提出一个简化动力学描述式：
r_H2 ∝ Φ_absη_sepη_transferk_surf(T_loc)
其中吸收光子通量、分离效率、转移效率与局域温度相关表面反应常数共同决定产氢速率。该式并非通用速率方程，而是帮助研究者区分“提升来自更好吸光/电荷利用”还是“来自表面热活化”的机制框架。

4.4 Operando Thermometry and Colocalized Chemo-Thermometry: Real Bottleneck

作者认为，真正的瓶颈并非是否能够测得某个“温度”，而是能否测到真实反应位点处的局域温度。对于 SACs 而言，活性位点是特定配位口袋，其温度可能与颗粒平均值、体相液体乃至反应器壁温显著不同。因此操作态测温必须明确：测的是哪里、在什么光学边界条件下测得。文章讨论了单颗粒光致发光测温、反斯托克斯/斯托克斯拉曼测温、扫描热显微以及泵浦-探测等方法，并特别强调“化学-热学共定位测量”的重要性，即在同一热点同时获取吸附物化学信息和温度信息。只有在这种条件下，热与非热机理归属才更可靠。稀土发光纳米温度计等方法则提供了更靠近界面的温度读数，但同样需说明探针与真实反应位点的空间关系。

5 Operando or In Situ Tracking of Photocatalytic HER

在第 4 节解决“是否存在光热增强”之后，第 5 节进一步追问：在耦合光-热场下，所设想的单原子位点是否确实是工作态活性中心。作者指出，离位表征常无法捕捉暂态中间体、动态重构及界面现象，因此原位/操作态手段是建立结构-机理联系的必要条件。

5.1 Operando X-ray Tracking of Precious-Metal Single-Atom Sites in Photocatalytic Hydrogen Evolution

作者重点讨论元素特异性的 X射线技术，如 X射线吸收谱（XAS）和同步光照 XPS，在回答三个问题上的价值：单原子是否在反应中仍保持孤立；第一配位壳层如何演化；促成质子还原的电子接受态是否只在光照下形成。代表性研究表明，在 C₃N₄ 上的 Pt 单原子体系中，光照会导致 Pt–N 键可逆断裂和 Pt⁰ 形成，并伴随骨架 C=N 键重构，说明工作态并非静态结构。时间分辨泵浦-流动-探测 XAFS 则直接捕捉到激光照射下 Pt 5d 轨道电子积累。对于 TiO₂ 负载超分散 Pt 体系，操作态 XANES/EXAFS 观测到 Pt–O 与 Pt-载体配位在保持原子分散前提下随光照发生变化。整体上，这些结果表明单原子位点在运行中既非电子静止，也非结构冻结，而是会发生可逆的配位呼吸、价态漂移与键重组。

5.2 Bridging Ultrafast Charge Transfer with Photothermal Operating Fields

为了将操作态结构观察与催化功能联系起来，作者进一步引入超快光谱。许多单原子助催化剂之所以优于纳米颗粒，核心就在于其能在亚纳秒甚至皮秒尺度提取光生电子，先于体相复合发生。CdS 量子点上的 Pt 单原子体系通过飞秒瞬态吸收证实了约 1.7 ps 的电子转移；Au/Cu 缺陷/ZnIn₂S₄ 体系则显示缺陷陷阱与 Au 等离激元热电子累积协同延长载流子寿命。作者还借助有机聚合物光催化剂中残余 Pd 的研究提醒：即便体系中有金属中心，真正控制动力学的仍是金属物种形态与其电子耦合方式。进一步地，温度不仅会影响表面反应，还可能重塑半导体-助催化剂势垒与有效电子转移持续时间，因此光热研究必须把温度作为与超快电荷过程并列控制变量。

6 Summary and Outlook

文章最后总结认为，贵金属单原子光热增强 PHE 已从概念性活性提升阶段转入面向转化的系统设计阶段。真正的挑战在于将原子尺度的位点结构、电荷捕获和吸附热力学，与更大尺度上的光子输运、气泡动力学、传热传质及反应器约束耦合起来。作者围绕六个方面展开展望。

6.1 Stability and Atomic Dispersion Under Photothermal Operation

首要问题是长期运行中单原子分散与配位完整性的维持。局域升温、强界面电场和界面水结构变化虽然可提高速率，却也会增强原子迁移与重构风险。硫化物可能发生光腐蚀与氧化溶解，碳基或碳化物载体可能表面氧化与重构，氧化物则可能出现氧空位愈合与晶面重排。作者指出，当前许多研究仅验证 10–50 h 稳定性，远不足以支撑实际部署需求，因此需要更长时间操作态跟踪以区分可逆配位漂移与不可逆烧结失活。

6.2 Mechanism Complexity and Intermediate Identification

第二个核心问题是机制复杂性。即便在经典 Pt/氧化物体系中，次表层氢、氢溢流及局域升温如何重塑这些路径等问题仍未完全厘清。对单原子而言，不同缺陷、晶面和配位口袋会造成电子结构异质性；光热运行又引入动态重构、局域应变与界面水重排，使“真实工作位点”更加难以定义。作者强调，需要将操作态光谱、超快谱学、计算模拟与温控动力学更紧密地联合起来。

6.3 Scale-Up Constraints: Photons, Transport, and Manufacturing

第三是放大约束。实验室中常见的小体积、短光程、高搅拌、牺牲剂辅助条件，与实际系统在光程、光衰减、水质复杂性、连续产气及安全要求上差异巨大。随着反应器尺寸放大，光子输运、局域热积累、气泡遮光、传质受限与模块制造成本都会成为决定性因素。因此评价体系不能只报告质量归一化产氢速率，还应给出照射面积、光程、催化剂浓度、温度分布、气泡行为以及面积或能量归一化产氢生产率。

6.4 Efficiency Metrics and Evaluation Boundaries for Photothermal-Enhanced PHE

第四是效率指标边界。作者明确区分 AQY/AQE、太阳能制氢效率（STH）与吸光相关指标的适用条件，强调不能将牺牲剂辅助 HER 的高活性误写为整体水分解 STH。对于光热体系，还应同步报告波长、辐照强度、照射面积、吸收光子通量、反应区温度及是否基于入射光或吸收光计算效率。对于纯水 H₂/H₂O₂ 路径，则应单独核算氧化产物，不可默认按 O₂ 演化处理。

6.5 Deployment Gates: Durability, Safety, and Renewable Integration

第五是部署门槛。实际应用要求区分牺牲剂体系与真正闭环水氧化还原体系，并通过 H₂/O₂ 定量、近 2:1 化学计量比、气密性和同位素示踪等手段验证整体水分解。户外运行还面临昼夜循环、天气波动、热缓冲和气体管理等系统级挑战，因此材料设计需与储氢、安全分离及可再生能源耦合方案协同考虑。

6.6 Design Accelerators: Operando Anchored Discovery, Predictive Models, and Multi-site Architectures

最后，作者主张未来进展应依赖“操作态观测锚定的预测设计”。高通量计算、机器学习和多尺度建模可缩小候选空间，但其有效性取决于是否纳入有限温度、实际水环境与重构路径等信息。双原子位点、单原子-团簇复合、多位点协同及结构化制造方法，如高分辨率光聚合 3D 打印，也被视为潜在加速方向。总体而言，作者呼吁该领域在长期耐久性验证、严格机理归因、可规模化绿色合成、先进反应器工程、统一测试标准以及新型耦合应用方面形成共识，以推动光热增强单原子光催化制氢从材料发现走向可部署技术。