自2011年张涛研究团队与李隽和美国亚利桑那州立大学刘景月教授合作提出单原子催化剂Pt/FeOx在温和反应条件下具备较高的催化性能，单原子催化剂被认为是可实现100%原子利用率、高效催化和高选择性的催化剂，在光催化、电催化和热催化领域极具吸引力和应用前景。但是单原子急剧增大的表面能、较高的化学活性使其在制备和反应过程中容易失去单原子的特征而失活。因此，发展一种能在使用过程中稳定的单原子催化剂被认为是解决实际应用的首要条件。
　　石墨相氮化碳(g-C3N4)是光催化领域的一种新型材料，具有无机非金属的类石墨片层结构，是一种具有化学稳定性、合适的禁带宽度和可见光响应的半导体。因此被认为在光催化领域具有较高的研究价值和应用潜力。同时，富含氮杂环的g-C3N4还是一种理想的单原子的载体，它具有可调的形貌结构和优异的化学稳定性。然而，g-C3N4本身存在较小的比表面积、较弱的可见光响应和较快的载流子复合率等缺点。本文针对g-C3N4存在的缺点，采用单原子负载的方式改性g-C3N4，并测试了其光催化转化NO的活性和稳定性，并深入探究其活性增强机理。
　　通过高温煅烧尿素一步法制备了含碳缺陷的g-C3N4薄片，用含碳缺陷的g-C3N4薄片作为单原子Pd的载体。通过加热回流过程使PdCl42-金属前驱体吸附在g-C3N4载体上，随后通过光化学还原将单原子稳定负载在g-C3N4上。研究表明，单原子Pd在碳缺陷位通过Pd—N配位的方式锚定在g-C3N4载体上，呈现均匀的单原子分散状态，负载量为0.3wt%。PL、TRPL和理论计算的结果表明，单原子Pd引入的杂质能级有效缩减了能带，增强材料对可见光的吸收。Pd对光生电子的诱导作用极大地抑制光生载流子的复合率，有效延长了其寿命。对g-C3N4和Pd-g-C3N4的光催化转化NO性能测试表明，Pd-g-C3N4具有更高的NO转化率和稳定性。NO-TPD测试表明单原子Pd的引入降低体系对NO的化学吸附能力，有效提高了NO的氧化产物在载体上的扩散和脱附，从而提高了材料光催化转化NO的稳定性。此外，Pd作为捕获光生电子位点，有效的加快了体系产活性氧物种的速率，保证NO能被完全反应，提升体系对氧化产物NO3-的选择性。
　　本研究不仅提供了一种能在使用过程中稳定的单原子催化剂制备的方法，而且揭示了单原子Pd对g-C3N4半导体光催化剂结构及其光催化性能的影响机理，这对于单原子在光催化剂的改性与应用上具有一定的指导意义。