过渡金属多核配合物Cu4的合成及电催化水氧化性能

doi:10.7503/cjcu20250361

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 20250361.doi: 10.7503/cjcu20250361

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过渡金属多核配合物Cu₄的合成及电催化水氧化性能

林明穗¹, 王启龙¹, 梁晴晴¹, 陈乔¹, 赖惠文¹, 陈雪莹¹, 郭新颖¹, 马战文¹, 赖安群¹, 潘中华¹(), 肖旺钏²()

^1.三明学院资源与化工学院, 三明 365004
^2.福建省氟新材料工程研究中心, 三明 365004

收稿日期:2025-11-28 出版日期:2026-08-10 发布日期:2026-02-09
通讯作者: 潘中华,肖旺钏 E-mail:zhpan@fjsmu.edu.cn;xwc@fjsmu.edu.cn
基金资助:
福建高校产学合作项目(2023H6021);中央引导地方科技发展资金(2023L3016);福建省自然科学基金(2024J01313);福建省自然科学基金(2025J011045);福建省区域发展项目(2025Y3004);三明市重大科技创新平台科研专项(2024-G-004)

Synthesis and Electrocatalytic Water Oxidation Properties of Transition Metal Polynuclear Complex Cu₄

LIN Mingsui¹, WANG Qilong¹, LIANG Qingqing¹, CHEN Qiao¹, LAI Huiwen¹, CHEN Xueying¹, GUO Xinying¹, MA Zhanwen¹, LAI Anqun¹, PAN Zhonghua¹(), XIAO Wangchuan²()

^1.School of Resources and Chemical Engineering，Sanming University，Sanming 365004，China
^2.Fujian Engineering Research Center of Advanced Fluorine?containing Materials，Sanming 365004，China

Received:2025-11-28 Online:2026-08-10 Published:2026-02-09
Contact: PAN Zhonghua, XIAO Wangchuan E-mail:zhpan@fjsmu.edu.cn;xwc@fjsmu.edu.cn
Supported by:
the Fujian Provincial University-industry-research Collaboration Project, China(2023H6021);the Central Government-guided Local Science and Technology Development Fund, China(2023L3016);the Natural Science Foundation of Fujian Province, China(2024J01313);the Regional Development Project of Fujian Province, China(2025Y3004);the Sanming Science and Technology Project, China(2024-G-004)

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摘要/Abstract

摘要：

利用2-羟基-3-甲氧基苯甲醛和2-氨基-3-苯基丙醇为原料, 制备了一种具有立方烷构型的四核金属配合物Cu₄, 并对该配合物在均相条件下的电催化水氧化性能进行了研究. 结果表明, Cu₄ 具有较高的催化水氧化活性, 在1.75 V时催化水氧化的周转频率(TOF)达到119 s^-1, 法拉第效率为88.2%. 出色的电催化性能可归因于Cu₄ 中易于暴露的多金属协同催化活性位点, 在显著提高催化效率的同时又避免了高价金属中间体的形成. 本研究不仅为深入理解水氧化的多电子多质子催化过程提供了重要线索, 同时也证明了多金属协同催化策略在调控O—O键形成方式上的有效性, 为设计新一代高效水氧化催化剂提供了新的视角和策略.

关键词: 过渡金属多核配合物, 分子催化剂, 电催化, 协同催化效应, 水氧化

Abstract:

A cubane-like tetranuclear copper（II） complex Cu₄ （CCDC： 2501687） was synthesized using 2-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde and 2-amino-3-phenylpropanol as ligands. Its performance as a homogeneous electrocatalyst for the water oxidation reaction was systematically evaluated. Cu₄ exhibited high catalytic activity， achieving a remarkable turnover frequency（TOF） of 119 s^-1 at an applied potential of 1.75 V（vs. NHE） with a Faradaic efficiency of 88.2%. This high performance is attributed to the readily accessible bimetallic synergistic catalytic sites within the Cu₄ core. These sites facilitate efficient catalysis while circumventing the formation of high-valent metal intermediates. This study provides insights into the multi-electron/multi-proton processes of water oxidation and demonstrates the effectiveness of a polymetallic cooperative strategy in modulating O—O bond formation， offering new perspectives for designing next-generation efficient water oxidation catalysts.

Key words: Transition metal polynuclear complex, Molecular catalyst, Electrocatalysis, Synergistic-catalysis effect, Water oxidation

中图分类号:

O614.12

TrendMD:

林明穗, 王启龙, 梁晴晴, 陈乔, 赖惠文, 陈雪莹, 郭新颖, 马战文, 赖安群, 潘中华, 肖旺钏. 过渡金属多核配合物Cu₄的合成及电催化水氧化性能. 高等学校化学学报, 2026, 47(8): 20250361.

LIN Mingsui, WANG Qilong, LIANG Qingqing, CHEN Qiao, LAI Huiwen, CHEN Xueying, GUO Xinying, MA Zhanwen, LAI Anqun, PAN Zhonghua, XIAO Wangchuan. Synthesis and Electrocatalytic Water Oxidation Properties of Transition Metal Polynuclear Complex Cu₄. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20250361.

图/表 8

Fig.1 Crystal structure(A) and core structure(B) of Cu4Color code： Cu， green； O， red； N， blue； C， gray； H atoms are not visible.

Fig.2 Experimental and simulated PXRD patterns(A) and FTIR spectrum of Cu4(B)

Fig.3 CV(A) and DPV(B) plots of Cu4 in acetonitrile(containing 0.1 mol/L Et4NClO4) with different volume of HAC⁃NaAc aqueous solution

Fig.4 CV(A) and DPV(B) plots of 0.25 mmol/L Cu4 in superdry acetonitrile and acetonitrile+HAC⁃NaAc aqueous solution

Fig.5 CV plots with different scan rates(25—200 mV/s)(A), DPV plots in different scanning directions(B) and plot of the oxidative peak current and the square root of the scan rates at E1/2=1.24 V(C)

Fig.6 CVs with different scan rates(50—500 mV/s)(A), linear plot of Ep/2 of the anode peak at 1.25 V and lnν(B), plot of the catalytic peak current at 1.75 V versus the square root of the scan rates(C) and plot of the ratio of the catalytic peak current at 1.75 V to the diffusion current at 1.50 V versus ν-1/2 of 0.25 mmol/L Cu4 in acetonitrile⁃sodium acetate aqueous solution mixture(D)

Fig.7 Charge diagram(A) and oxygen production diagram(B) of Cu4 electrolyzed in acetonitrile+HAc⁃NaAcaqueous solution mixture for 3 h

Fig.8 DPV plots(A) and pourbaix diagrams(B) of 0.25 mmol/L Cu4 in acetonitrile⁃+HAc⁃NaAc aqueous solution mixture at different pH value

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过渡金属多核配合物Cu₄的合成及电催化水氧化性能

Synthesis and Electrocatalytic Water Oxidation Properties of Transition Metal Polynuclear Complex Cu₄

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