铜催化剂在中性pH值下分解水

一种受到大自然启发的铜络合物可以在中性pH值下有效地分解水，这可能为更具商业可行性的氢燃料生产打开了大门。

氢是石油和天然气的有吸引力的替代品。氢燃烧的唯一产物是水，而水本身就是氢的来源。由于将水分解成氢和氧所需的能量，一个主要的研究领域集中在可以降低这一障碍并使反应更容易进行的催化剂上。这一过程中最有效的催化剂含有贵金属，如钌而且铱，两者都存在价格高、稀缺的缺点。

现在，一组研究人员进行了一项新的研究鲁伊·曹来自中国人民大学的王学华，报道了一种铜卟啉配合物，它可以在中性pH下催化水氧化反应，从使用方便和安全的角度来看，这是有益的，其过电位为310mV。虽然这并不优于传统的贵金属催化剂，但它确实代表了基于廉价和丰富元素的催化剂性能的重大改进。以前的铜催化剂需要更高的过电位和/或碱性pH值。

研究人员受到其他金属卟啉在光合作用中氧化水的作用的启发，其中镁卟啉复合物存在于叶绿素是一个关键组件。“使用金属卟啉进行水氧化催化的另一个原因来自血红素蛋白，它含有铁卟啉活性位点结构，在许多与氧相关的生物过程中起着关键作用。”例如，细胞色素c氧化酶和细胞色素P450是生物学中催化氧活化的两种最著名的血红素酶，”曹说。

由于卟啉配体赋予了催化剂一些急需的稳定性，目前对其水氧化性能的演示可以使金属卟啉催化领域更吸引研究人员。“它能这么好用，我其实有点惊讶，”评论道加里Brudvig他是美国耶鲁大学的水分解专家。“我们研究卟啉，以前没有尝试过用铜卟啉来催化水氧化，但现在他们已经证明了它是有效的，我认为这是一个值得探索的有趣系统。”

曹的团队还发现，这种催化剂可以在酸性pH下产生过氧化氢，这是一种在这种类型的系统中很少观察到的现象，但它可以为反应的机制提供新的线索。埃德温·康斯特布尔瑞士巴塞尔大学的水氧化专家，将其描述为一种不寻常的反应。“如果你理解了过氧化氢发生了什么，你就会更好地理解水氧化系统发生了什么。”