——　第二部分　国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　中国科学院化学研究所张纯喜博士领导的研究小组在国家自然科学基金支持下，长期从事光合作用水裂解催化剂的研究，经过近20年努力，最近成功实现对光合作用水裂解催化中心的人工合成，该研究成果2015年5月8日在Science上发表。

　　利用太阳能将水裂解获得电子和质子产生电能和氢能，被认为是解决人类社会面临的能源危机和环境污染问题的一个理想途径。自然界光合作用光系统II的水裂解催化中心是目前人类所知唯一能利用太阳能高效、安全地将水裂解，释放出氧气，并获得电子和质子的生物催化剂。该催化剂的核心由四个锰离子、一个钙离子和多个氧桥组成的不对称Mn₄Ca簇；其外周主要由羧基和水分子提供配体。人工模拟这一生物水裂解中心，不仅对认识这一自然界重要催化剂的微观本质具有重要的科学意义，而且具有重要的应用价值，也是一个广受关注的重大科学前沿。但人工模拟该催化中心也是个极具挑战的科学难题，因为需要解决一系列的科学问题，如：1.如何将钙离子镶嵌在锰簇中？2.如何模拟生物配体环境？3.如何合成不对称Mn₄Ca骨架结构？4.如何在化学体系稳定高氧化性的簇合物？

　　从上个世纪末开始，国际上很多研究小组尝试人工合成这一生物催化剂，但最终均没有获得成功，人们普遍认为在化学条件下无法合成。

　　张纯喜博士自1997年以来长期从事光合作用水裂解催化中心的结构和机理研究，并于1999年成功预测出该催化中心关键辅基钙离子的结合模式。近年，基于对生物催化剂的深刻认识，开展了系列人工模拟光合作用研究，并首次成功合成得到不对称的Mn₄Ca簇合物，它们的核心结构和配体环境均与光合作用水裂解催化剂类似；簇合物中四个锰离子的价态与生物水裂解催化中心完全一样；其氧化-还原特性、电子顺磁特性及化学反应特性方面也均与生物水裂解催化剂类似，并同样具有催化水裂解的催化功能。这项工作对今后制备廉价、高效的人工水裂解催化剂有重要的科学意义和应用价值，有望为人类利用太阳能和水产生清洁能源开辟新途径。