太阳能水分解是构建用于生产太阳能燃料的人工光合作用系统的重要反应。自然光系统II是研究人工太阳能转换的原型模板，其通过将水氧化成分子氧，并为燃料生产提供四个电子。尽管人们已经合成了用于水氧化的分子催化剂，但对这种多电子多质子催化过程中O−O键的形成的认识依旧有限，使得水氧化仍然是一个巨大挑战。

近日，受MCOS中三核铜团簇结构的启发，清华大学章名田，华中科技大学廖荣臻教授报道了制备了一种仿生三核铜催化剂[(app²⁻)Cu^II₃(μ-OH)](CF₃SO₃)₃（TNC-Cu），其用于水氧化的周转频率高达20000 s⁻¹，分别是单铜催化剂（F−N₂O₂Cu，131.6 s⁻¹）和双铜配合物（HappCu₂，1375 s⁻¹）的150倍和15倍，是一种活性极高的分子催化剂。。

文章要点

1）TNC-Cu晶体结构分析显示，Cu离子呈等腰三角形排列，类似于MCOS的三叶中心结构。此外，TNC-Cu体系在乙腈和水溶液中的高分辨质谱表征结果显示，其是以μ-OH为配体的三元物种存在。

2）实验和计算结果都表明，TNC-Cu中三个Cu位点的协同作用在O−O键的形成中起着关键作用。因此，这项工作代表了通过了解酶中O−O键断裂来开发水氧化催化剂的新策略。

所报道的令人印象深刻的活性将进一步突出Cu/O₂化学在氧化催化中的巨大潜力。未来进一步的工作将集中在M₃（M=Cu，Ni，Co等）的结构与活性关系。通过控制配体结构、替换金属中心和调节影响O−O键形成的参数，来控制催化剂。

参考文献

Qi-Fa Chen, et al, Bioinspired Trinuclear Copper Catalyst for Water Oxidation with a Turnover Frequency up to 20000 s⁻¹, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c08078

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08078