光合作用水裂解催化中心（简称OEC）是自然界唯一能高效、安全将水裂解，获得电子、质子，并释放出氧气的生物催化剂。人工合成OEC，实现光驱动催化水裂解，获取清洁能源（氢能或电能）对解决人类社会面临的能源危机和环境污染问题具有重要的科学意义和应用价值，同时也是极具挑战的重要科学前沿。
生物OEC的结构最近已经被揭示，其核心由四个锰离子和一个钙离子通过多个氧离子组成一个不对称的Mn4Ca-簇合物；其外周主要由羧基和水分子提供配体。如何精确模拟生物OEC是对化学家的一个巨大挑战。中国科学院化学研究所张纯喜研究组2015年首次成功合成出结构和性能均与生物OEC类似的仿生Mn4Ca-簇合物（Science, 2015, 348, 690-693，点击阅读详细），开启了人工模拟光合作用水裂解研究的新篇章。2017年该研究组发现前期制备的仿生Mn4Ca-簇合物在非极性溶剂中稳定，但在极性溶剂中不稳定（ChemSusChem, 2017, 10, 4403-4408），导致对其催化功能和应用研究进展缓慢。
最近，张纯喜研究组向前又迈进一步：成功制备出能够在极性溶剂中稳定存在的新型仿生Mn4CaO4-簇合物，实现对光合作用水裂解催化中心更精确模拟。该工作成功模拟了生物OEC的核心骨架和配体环境及其氢键相互作用，并在关键辅基Ca离子上引入可交换的溶剂分子（乙腈或N,N-二甲基甲酰胺）；其四个锰离子价态分别是+4、+4、+3、+3价，这与具有催化水裂解活性的光合作用样品完全一致。这类新型Mn4Ca-簇合物在极性有机溶剂中可稳定存在，为人工光合作用仿生水裂解催化剂的功能和应用研究提供了重要保障。此外，这类仿生Mn4CaO4-簇合物的合成和结构解析也为理解自然界光合作用水裂解催化中心的结构和催化机理提供了重要线索。
相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章第一作者为博士生陈长辉。
该论文作者为：Changhui Chen, Yang Chen, Ruoqing Yao, Yanxi Li, Chunxi Zhang*
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Artificial Mn4Ca-cluster with Exchangeable Solvent Molecules Mimicking the Oxygen-Evolving Center in Photosynthesis
Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201814440
（本稿件来自Wiley）
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