水的氧化是构筑人工光合系统实现水的分解生产氢气的关键半反应。目前人们对水氧化催化过程中O-O键生成机制的理解依旧有限，这也造成了目前水催化剂的设计和发展遇到了挑战。

根据O₂还原中O-O键断裂机制进行反向设计，基于对Cu-O₂化学的认识和理解以及本课题组前期的工作积累（Angew Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4909; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1557; Angew Chem. Int. Ed. 2020, 59, 4000; Angew Chem. Int. Ed. 2021, 60, 12467），发展了类多铜氧化酶（MCOs）三核铜水氧化催化剂（TNC-Cu），该工作在美国化学会志（JACS）上在线发表（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08078）。

通过配体的设计，我们实现了含有三个金属Cu的催化中心的构筑。实验结果表明，TNC-Cu能够在碳酸氢钠溶液（1 M, pH 8.4）中高效稳定的催化水氧化，其催化速率高达20,000 s⁻¹，远高于配位环境类似的单核铜催化剂（Cu₁）和双核铜催化剂（Cu₂）。结合实验和计算的机制研究表明三核铜之间的协同作用以及与缓冲溶液阴离子（CO₃^2-）之间的相化作用是该催化剂实现高效催化的关键。

本工作不仅为认识和理解多金属协同O-O键的裂解/生成的作用机制提供了分子平台，也为水氧化催化剂的设计提供了新的思路。

本工作的理论计算研究得到了华中科技大学化学与化工学院的廖荣臻教授的大力支持。

原文链接如下：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08078