寻找稳定和高活性的分子水氧化催化剂（WOCs），特别是在酸性条件下，是一个热门研究课题，并受到了可再生燃料中太阳能储存的巨大潜力的推动。由于低pH值有助于质子还原，而质子还原是水分离的必要过程。因此，实现WOCs在低PH值下的稳定高效工作至关重要。迄今为止，很少有分子催化剂能够在低pH值下保持高性能。

近日，美国圣地亚哥州立大学Douglas B. Grotjahn报道了一种在pH值为1.1和0.43时均保持较高电催化性能的新型含磺酸盐配合物3催化剂。

文章要点

1）催化剂合成。研究人员在热水-乙醇中用亚硫酸钠进行亲核芳香取代，以68%的收率合成了邻菲咯啉-2-磺酸。然后用磺酸钠溶液与溶剂[(Terpy)RuL₃](OTf)₂（L=溶剂）反应，将得到2当量AgOTf与(Terpy)RuCl2(DMSO)在95 ℃的水-乙醇中反应24h，经简单反应得到3，收率80%。3和不含磺酸盐的类似物1a，b的结构非常相似，Ru^II/Ru^III对的pH依赖性也是如此。

2）在pH为1时，3的催化速度是1a，b的45倍。最显著的是，在pH为1.1和0.43时，k_cat分别为1501±608和831±254 s^-1时，3的催化速度最快。PH为7的低浓度磷酸盐缓冲液使k_cat上升到2168±540 s^-1，而高浓度的磷酸盐缓冲液使k_cat下降到300 s^-1左右。此外，3在酸性条件下保持高活性，这与酸性pH有利于质子串联还原的水分裂系统更加相容。

3）与催化反应速率有关的电流密度范围为15~50 mA cm-2 mm-1，与最先进的多相催化剂的电流密度相当，比在pH为1.1和0.43的两种重要的文献均相催化剂（1a和4a）的电流密度大30~100倍。此外，3在使用化学氧化剂时也表现出优异的耐久性。

4）初步的计算研究表明，即使在强酸中，不同寻常的活性位点磺酸基也会像预期的那样起到质子中继的作用。

Aaron G. Nash, et al, An Active-Site Sulfonate Group Creates a Fast Water Oxidation Electrocatalyst That Exhibits High Activity in Acid, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202008896

https://doi.org/10.1002/anie.202008896