Bioinspired Trinuclear Copper Catalyst for Water Oxidation with a Turnover Frequency up to 20000 s–1

化学 催化作用 氧化剂 人工光合作用 氧化还原 光系统II 营业额 太阳能燃料 分解水 无机化学 光化学 光合作用 有机化学 光催化 生物化学
作者
Qifa Chen,Ze-Yu Cheng,Rong‐Zhen Liao,Ming‐Tian Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (47): 19761-19768 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08078
摘要

Solar-powered water splitting is a dream reaction for constructing an artificial photosynthetic system for producing solar fuels. Natural photosystem II is a prototype template for research on artificial solar energy conversion by oxidizing water into molecular oxygen and supplying four electrons for fuel production. Although a range of synthetic molecular water oxidation catalysts have been developed, the understanding of O-O bond formation in this multielectron and multiproton catalytic process is limited, and thus water oxidation is still a big challenge. Herein, we report a trinuclear copper cluster that displays outstanding reactivity toward catalytic water oxidation inspired by multicopper oxidases (MCOs), which provides efficient catalytic four-electron reduction of O2 to water. This synthetic mimic exhibits a turnover frequency of 20000 s-1 in sodium bicarbonate solution, which is about 150 and 15 times higher than that of the mononuclear Cu catalyst (F-N2O2Cu, 131.6 s-1) and binuclear Cu2 complex (HappCu2, 1375 s-1), respectively. This work shows that the cooperation between multiple metals is an effective strategy to regulate the formation of O-O bond in water oxidation catalysis.
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