Manganese Compounds as Water-Oxidizing Catalysts: From the Natural Water-Oxidizing Complex to Nanosized Manganese Oxide Structures

氧化剂 化学 光系统II 催化作用 人工光合作用 无机化学 分解水 光合作用 光化学 光催化 有机化学 生物化学
作者
Mohammad Mahdi Najafpour,Г. Ренгер,Małgorzata Hołyńska,Atefeh Nemati Moghaddam,Eva‐Mari Aro,Robert Carpentier,Hiroshi Nishihara,Julian J. Eaton‐Rye,Jian Ren Shen,Suleyman I. Allakhverdiev
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:116 (5): 2886-2936 被引量:547
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00340
摘要

All cyanobacteria, algae, and plants use a similar water-oxidizing catalyst for water oxidation. This catalyst is housed in Photosystem II, a membrane-protein complex that functions as a light-driven water oxidase in oxygenic photosynthesis. Water oxidation is also an important reaction in artificial photosynthesis because it has the potential to provide cheap electrons from water for hydrogen production or for the reduction of carbon dioxide on an industrial scale. The water-oxidizing complex of Photosystem II is a Mn-Ca cluster that oxidizes water with a low overpotential and high turnover frequency number of up to 25-90 molecules of O2 released per second. In this Review, we discuss the atomic structure of the Mn-Ca cluster of the Photosystem II water-oxidizing complex from the viewpoint that the underlying mechanism can be informative when designing artificial water-oxidizing catalysts. This is followed by consideration of functional Mn-based model complexes for water oxidation and the issue of Mn complexes decomposing to Mn oxide. We then provide a detailed assessment of the chemistry of Mn oxides by considering how their bulk and nanoscale properties contribute to their effectiveness as water-oxidizing catalysts.
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