卤离子作为电子中继驱动的新型光化学水氧化途径：开启太阳能燃料生产新征程

开发高效驱动水氧化半反应（析氧反应）的催化剂对实现人工光合作用制备太阳能燃料至关重要。研究人员以 [RuII(bpy)3]2+和 S2O82-为体系研究水氧化催化剂，发现卤离子（Cl-、Br-）可作电子中继驱动水氧化，为光催化析氧反应提供新策略。

　　

在能源领域，寻找可持续的清洁能源一直是科研人员不懈追求的目标。人工光合作用作为一种极具潜力的技术，有望利用太阳能将水和二氧化碳转化为清洁的太阳能燃料，如氢气等。而水氧化半反应，也就是析氧反应（Oxygen Evolution Reaction，OER），是人工光合作用的关键步骤。它需要将水分子中的电子移除，释放出氧气，同时产生质子和电子，为后续的燃料合成提供原料和能量。但这一反应面临着巨大的挑战，其涉及到复杂的四电子转移过程，动力学缓慢，并且需要高效的催化剂来降低反应的活化能，提高反应速率。

目前，传统的研究思路大多聚焦于金属基催化剂，认为它们是实现析氧反应不可或缺的部分。然而，这些金属基催化剂往往存在成本高昂、资源稀缺以及稳定性不佳等问题，严重限制了人工光合作用的大规模应用和商业化推广。在这样的背景下，科研人员迫切需要寻找新的解决方案，探索更加高效、低成本且稳定的水氧化途径。

为了解决这些难题，电子科技大学的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们另辟蹊径，不再局限于传统的金属基催化剂研究方向，而是把目光投向了卤离子（Halide Ions）。研究发现，卤离子（如 Cl^-和 Br^-）能够在光化学反应体系中发挥独特的作用。在以 [Ru^II(bpy)₃]²⁺作为光敏剂（Photosensitizer）和 S₂O₈^2-作为电子受体（Electron Acceptor）的标准光化学体系中，卤离子可以直接驱动水氧化反应。它们通过充当电子中继（Electron Relay），按照 X^-→X₂→XO^-→O₂的路径，巧妙地完成了复杂的四电子转移过程，实现了水的氧化并释放出氧气。这一发现意义重大，为光催化析氧反应开辟了全新的策略，打破了以往对金属基催化剂的依赖，为人工光合作用的发展提供了新的方向，有望推动清洁太阳能燃料生产技术取得重大突破。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上。

研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，采用光化学反应技术，构建了以 [Ru^II(bpy)₃]²⁺和 S₂O₈^2-为基础的反应体系，模拟光催化水氧化环境；其次，利用分析检测技术，对反应过程中的物质变化进行实时监测和分析，确定卤离子在反应中的作用及反应路径。

卤离子驱动水氧化的发现

研究人员在对标准光化学体系进行深入研究时，意外发现卤离子（Cl^-和 Br^-）的加入会显著影响水氧化反应的进程。通过一系列实验，证实了卤离子并非仅仅作为旁观者存在于反应体系中，而是直接参与到了水氧化反应中，起到了驱动反应进行的关键作用。

卤离子作为电子中继的反应路径

进一步的研究表明，卤离子在反应中充当电子中继的角色。它们首先从反应体系中获得电子，形成 X₂，接着 X₂与水发生反应生成 XO^-，最后 XO^-进一步转化，释放出氧气。这一反应路径的揭示，为理解卤离子驱动水氧化的机制提供了重要依据。

对光催化析氧反应的意义

卤离子驱动水氧化的发现，为光催化析氧反应带来了新的思路。这一发现打破了传统观念中对金属基催化剂的依赖，为设计和开发更加高效、低成本的水氧化催化剂提供了新的方向。同时，也为人工光合作用的发展注入了新的活力，有望推动清洁太阳能燃料生产技术的进步。

研究人员成功发现卤离子（Cl^-和 Br^-）能够作为电子中继驱动水氧化反应，这一成果打破了传统认知，为光催化析氧反应和人工光合作用开辟了新的研究方向。它不仅为解决水氧化过程中四电子转移动力学难题提供了新策略，还为未来开发更高效、更经济的太阳能燃料生产技术奠定了理论基础。未来，相关研究有望在这一基础上进一步拓展，探索更多卤离子在光化学反应中的应用潜力，优化反应条件，提高反应效率，推动人工光合作用从实验室走向实际应用，为全球能源危机的解决贡献重要力量。