分子组装调控人工模拟放氧催化剂的O―O键形成机制

孙立成

（大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁大连116024）

分子组装调控人工模拟放氧催化剂的O―O键形成机制

孙立成

（大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁大连116024）

光合作用是绿色植物（包括藻类）利用太阳光将二氧化碳和水合成有机物并释放氧气的过程，是地球上最大规模的能量和物质转换基础1，2。光合作用起始于光捕获体系中叶绿素分子对光子的吸收，光合系统II利用吸收光子产生的空穴将水氧化为氧气，生成的电子和质子被传递到光合系统I，用于碳水化合物或氢气的合成3，4。显然，作为光合作用中电子和质子的供体，水的氧化至关重要，但水氧化过程涉及多电子、多质子转移以及O―O键的形成，始终是人工光合作用实现全解水的瓶颈之一5，6。

为了深入理解水氧化的机制、发展高效稳定的放氧催化剂，大量人工合成体系在过去的三十多年中被不断报道，各类新型高效的人工模拟放氧催化剂不断涌现7－15。对于如何合理设计和系统地改进催化剂，我们的认识仍然不足，其中一个基本的挑战是如何有效地在温和条件下促进O―O键形成。但到目前为止，水氧化机理中O―O键的形成路径往往根据催化剂不同而有所差异。最近，中国科学院理化技术研究所吴骊珠研究团队证实同一类型催化剂之间的距离能够影响水氧化反应O―O键形成的途径。相关研究已经发表在近期的Angewandte Chemie International Edition期刊上（上图取自该期刊）16。

在该研究中，通过对催化剂的配体设计，超分子组装，对不同排列堆积模式中催化剂的反应动力学进行了考察，从而确定了催化剂之间的距离对O―O键形成的影响。从分子层次上理解水氧化过程中O―O键的形成机制，该研究为催化水氧化过程中O―O键形成的研究提供了新方法，有助于未来水氧化催化剂的设计和机理研究。

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