Cu(III)催化水氧化:双金属中心协同作用促进O-O键的形成

水的氧化是构筑人工光合作用体系的关键步骤之一,但由于水的氧化需要转移4e-和4H+,这极大程度上使得水的催化氧化过程具有很大的挑战。开发廉价、稳定并具有高催化活性的催化剂并认识和理解其催化机制是目前的研究热点。

 

图为双核铜水氧化催化剂的结构

 

     在中组部“青年千人”计划及国家自然科学基金委的支持下,清华大学化学系、基础分子科学中心章名田等发展了基于双核金属Cu的催化剂实现了在中性条件(pH7)下的催化水氧化,并且在催化反应动力学研究的基础上结合DFT计算对催化机理进行了深入的分析。实验结果表明,该催化剂利用双金属的协同相互作用通过Cu(III)中间体实现了O-O键的形成,从而避免了高价态中间体Cu(IV)的形成。以上工作为新型水氧化催化剂的设计提供了新的思路。文章最近以热点文章(Hot paper)发表在Angew Chem. Int. Ed上 (X.-J. Su et al, Angew Chem. Int. Ed. 2015, DOI: 10.1002/anie.201411625)。

 

 

图为双核铜水氧化催化剂的催化机制