电解水是实现价格低廉氢能的可行方法，但是电解水反应面临着过电势较高、反应动力学缓慢的缺点，相关研究结果发现通过双核Cu催化剂、硼酸盐缓冲溶液能够有效改善催化反应效率。作者在以往相关研究中发现通过肽-N-取代甘氨酸寡聚物能够稳定催化剂的高氧化价态，同时促进形成自组装双核Cu-肽复合物结构。基于以上前期相关研究结果，有鉴于此，以色列理工学院Galia Maayan等报道一种结构独特的Cu-肽双核结构分子Cu₂(BEE)₂具有较好的均相电催化性能，实现了在pH 9.35的硼酸盐缓冲液实现了高效率均相电催化分解水，具有较低的过电势、较高的催化反应速率，峰值电流密度的TOF达到129 s^-1，电化学脉冲波折点分析FOWA（foot-of-the-wave analysis）TOF达到5503 s^-1，在2 h电催化分解水反应中当过电势为600 mV，TON达到52，法拉第效率>90 %。

本文要点：

（1）

这种优异的催化活性是因为双核催化剂中两个Cu原子之间相互配合、-OH位点稳定高化学价态中间体物种、缓冲液中的硼酸盐起到助催化作用。

（2）

Cu₂(BEE)₂复合物中两个Cu之间存在桥接结构水分子，这种桥接水分子改善分解水反应性能：首先通过2H⁺/2e^-的PCET过程其中化学键较短的Cu^II-H₂O氧化形成Cu^III-OH，化学键较长的Cu^II-H₂O化学键切断，随后与硼酸盐缓冲液中的B(OH)₄^-配位形成B(OH)₃O-Cu^III，同时一个质子被消除。同时，作者发现BEE分子中除了一个与Cu结合的-OH外，还有一个自由非配位状态-OH，因此这个自由状态-OH能够与催化反应中间体结合，这种与中间体的相互作用是实现优异催化反应活性的关键。

（3）

作者通过研究没有自由非配位-OH的Cu₂(BE)₂分子电催化分解水性能，验证了这个自由-OH位点在改善催化反应活性中的重要作用。本文相关研究实现了设计协同催化作用的催化剂重要进展。

参考文献

Guilin Ruan, Pritam Ghosh, Natalia Fridman, and Galia Maayan*, A Di-Copper-Peptoid in a Noninnocent Borate Buffer as a Fast Electrocatalyst for Homogeneous Water Oxidation with Low Overpotential, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03225

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03225