《《Nature》：五核铁催化剂助力水氧化》

• 来源专题：福建物质结构研究所所级服务
• 编译者： fjirsmyc
• 发布时间：2016-02-25
• 原文来源：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16529.html

水的氧化，在自然界中可以被植物光系统II中的析氧复合物有效地催化，但是，在使用太阳能或电能合成化学燃料的过程中，这一反应仍然是瓶颈之一。因此，发展高催化活性且稳定的水氧化催化剂至关重要。研究人员已经开发出基于单核铁络合物的水氧化催化剂，但其极易失活，且催化活性相对较低。

最近，日本分子科学研究所的Shigeyuki Masaoka团队开发了一种五核铁络合物（pentanuclear iron complex），能高效、稳定地催化水氧化，其催化转化频率（turnover frequency，TOF）为每秒1900，高出其它铁基催化剂约三个数量级。相关研究成果2月25日发表在《自然》期刊上（Nature, 2016, DOI: 10.1038/nature16529）。

电化学分析证实了该系统的氧化还原弹性，在Fe^II₅和Fe^III₅之间有六种不同的氧化态；其中，Fe^III₅具有氧化水的活性。量子化学计算表明，相邻活性位点的存在有利于O-O键的形成，使得反应能垒低于10 kcal/mol。

当然，由于需要高过电位且无法在富水溶液中操作，这一系统的实际应用也受到很大限制。尽管如此，这一研究结果清楚地表明，保证系统的氧化还原弹性并含有相邻的水活化位点，是构建基于铁络合物的高效水氧化催化剂的基础。

计算的水插入反应途径

（来源：X-MOL化学平台）