利用密度泛函理论，研究了3d过渡金属（M=Sc-Cu）嵌入g-C₃N₄用作析氢反应的单原子催化剂的可能性。gt-C₃N₄和gh-C₃N₄的孔径大小和结构，导致了所有金属原子在这两个载体上有着不一样的结合能和结构。中心金属原子M的配位环境决定了单原子催化剂M/g-C₃N₄的析氢性能和反应机制。结果表明，M/gh-C₃N₄（M=Sc, Ti）和M/gt-C₃N₄（M=Cr, Cu）表现出与铂族金属相当的令人满意的析氢反应活性。热力学和动力学计算表明，较高的稳定性确保了这四种单原子催化剂在产氢过程中不会过早失效。提出了一个孔/原子尺寸匹配规则，以开发更多基于C_xN_y的单原子催化剂。