分子組裝調控人工模擬放氧催化劑的O―O鍵形成機制

孫立成

（大連理工大學精細化工國家重點實驗室，遼寧大連116024）

分子組裝調控人工模擬放氧催化劑的O―O鍵形成機制

孫立成

（大連理工大學精細化工國家重點實驗室，遼寧大連116024）

光合作用是綠色植物（包括藻類）利用太陽光將二氧化碳和水合成有機物并釋放氧氣的過程，是地球上最大規模的能量和物質轉換基礎1，2。光合作用起始于光捕獲體系中葉綠素分子對光子的吸收，光合系統II利用吸收光子產生的空穴將水氧化為氧氣，生成的電子和質子被傳遞到光合系統I，用于碳水化合物或氫氣的合成3，4。顯然，作為光合作用中電子和質子的供體，水的氧化至關重要，但水氧化過程涉及多電子、多質子轉移以及O―O鍵的形成，始終是人工光合作用實現全解水的瓶頸之一5，6。

為了深入理解水氧化的機制、發展高效穩定的放氧催化劑，大量人工合成體系在過去的三十多年中被不斷報道，各類新型高效的人工模擬放氧催化劑不斷涌現7－15。對于如何合理設計和系統地改進催化劑，我們的認識仍然不足，其中一個基本的挑戰是如何有效地在溫和條件下促進O―O鍵形成。但到目前為止，水氧化機理中O―O鍵的形成路徑往往根據催化劑不同而有所差異。最近，中國科學院理化技術研究所吳驪珠研究團隊證實同一類型催化劑之間的距離能夠影響水氧化反應O―O鍵形成的途徑。相關研究已經發表在近期的Angewandte Chemie International Edition期刊上（上圖取自該期刊）16。

在該研究中，通過對催化劑的配體設計，超分子組裝，對不同排列堆積模式中催化劑的反應動力學進行了考察，從而確定了催化劑之間的距離對O―O鍵形成的影響。從分子層次上理解水氧化過程中O―O鍵的形成機制，該研究為催化水氧化過程中O―O鍵形成的研究提供了新方法，有助于未來水氧化催化劑的設計和機理研究。

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