在太阳能驱动水分解中，水氧化是一个机械瓶颈。分子水氧化催化剂（WOCs）的出现为模仿自然界中光系统II的释氧复合物（OEC）提供了机会。一种方法是，将染料敏化光电子合成电池（DSPEC），分子发色团和催化剂锚定在宽带隙n型半导体（例如掺氟氧化锡（FTO））上，并带有介孔TiO₂层。然后通过依次吸收四个光子并在催化剂上积累氧化当量来触发水氧化。

近日，大连理工大学李斐教授，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Thomas J. Meyer报道了水氧化的表面结合催化剂对表面锚定基团的重要依赖性。

文章要点

1）研究发现，当在纳米颗粒电极上表面负载[Ru(bpy)₃]²⁺（bpy = 2,2'-联吡啶）发色团后，添加分子催化剂Ru(bda)(L)₂（bda= 2,2'联吡啶-6,6'-二羧酸酯）具有膦酸酯或吡啶基的位点可用于水氧化，使表面生色团与催化剂的比例为5：1。

2）表面结合的膦酸酯衍生物与L = 4-吡啶基膦酸或二乙基3-（吡啶-4-基氧基）癸基膦酸加成可得到具有精准结构的表面，但是在氧化成Ru（III）之后，它们会经历容易地在表面进行二聚，得到表面结合的，羰基桥连的二聚体。与溶液中的相关单体相比，二聚体对水氧化的反应性降低。

3）相比之下，用4，4’-联吡啶锚定配体将Ru-BDA催化剂锚定在TiO₂上，可以保持催化剂的单体结构，得到相对稳定的光阳极，光电流可达1.7 mA cm^-2，优化的外加偏压光电流效率为1.5%。

Zhu, Y., Wang, D., Huang, Q. et al. Stabilization of a molecular water oxidation catalyst on a dye−sensitized photoanode by a pyridyl anchor. Nat Commun 11, 4610 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18417-5

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18417-5