陕西师大曹睿教授团队Angew：水网络辅助质子转移促进钴咔咯电催化析氢

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许多重要的生化反应都需要质子的参与，例如，氢化酶催化氢气的氧化或者质子的还原这一可逆化学反应；绿色植物光系统 II 释氧中心的水氧化反应；以及细胞色素 c 氧化酶催化氧气还原等等。在这些反应过程中，质子的传递效率起到了关键的作用。氢键含水网络通常位于这些金属蛋白的活性部位，水分子之间以及水网络与反应中心周围氨基酸残基之间的氢键作用，能协助催化中心的质子转移。同样，质子转移对于人工催化小分子活化反应也至关重要，包括水分解反应（析氢和析氧）、氧气还原反应、二氧化碳还原反应以及氮气还原反应等。然而，与金属蛋白不同，人工合成催化剂很少可以借助水网络辅助质子转移，这是因为通过小分子构建和辨别氢键水网络存在非常大的挑战。

近日，陕西师范大学化学化工学院曹睿教授团队在Angewandte Chemie International Edition (IF: 15.336 ) 上发表了题为“Introducing Water-Network-Assisted Proton Transfer for Boosted Electrocatalytic Hydrogen Evolution with Cobalt Corrole”的论文。本论文中成功表征到冠醚基团可以通过氢键作用吸引水分子，并促进其形成氢键水网络结构；同时，明确了氢键水网络结构可以通过辅助质子的传递进而显著促进电催化析氢反应。

本文要点

1） 成功合成冠醚修饰的钴咔咯配合物 1 作为电催化析氢催化剂模型以及不含冠醚基团的钴咔咯配合物 2 和 3 作为对照化合物。

2） 通过 X-射线单晶衍射、¹H NMR 和 DOSY NMR核磁光谱以及红外光谱证明了氢键水网络的形成。

3） 冠醚基团可以促进氢键水分子网络结构的形成及其协助质子转移对提高电催化析氢反应的显著作用。

这项工作证明了冠醚基团可以促进氢键水分子网络结构的形成及其协助质子转移对提高电催化析氢反应的显著作用。这种提高质子转移效率的策略对于人为调控许多其他涉及质子转移的催化小分子活化反应具有重要的科学意义和价值。

论文第一作者为陕西师范大学化学化工学院李夏亮博士，吕斌硕士（目前于法国University of Rennes 1 读博）和张学鹏博士，论文通讯作者为陕西师范大学化学化工学院曹睿教授。陕西师范大学化学化工学院为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金的资助支持。

作者简介

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曹睿教授简介 
曹睿，陕西师范大学化学化工学院教授。2003年从北京大学化学与分子工程学院获得学士学位，2008年从美国埃默里大学(Emory University)化学系获得博士学位。分别于 2008－2009 年在埃默里大学化学系，2009－2011 年在麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology) 化学系 Stephen J. Lippard 课题组进行博士后研究工作。目前主要研究方向为（1）分子催化在能源小分子活化中的应用；（2）水分解反应机理研究，氧氧成键和氢氢成键机制研究；（3）分子催化剂的多相化研究。独立工作以来，以通讯作者（第一通讯单位）在Chem. Rev. (1篇)，Chem. Soc. Rev. (2篇)，J. Am. Chem. Soc. (2篇)，Angew. Chem. Int. Ed. (13篇)，Chem. Sci. (5篇)，ACS Catal. (5篇)等国际学术期刊发表论文100余篇。于2011年入选国家海外高层次人才引进计划（青年），2014年入选陕西省“百人计划”，2018年获得霍英东青年教师基金，2020年获得国际卟啉与酞菁协会“青年科学家奖”等荣誉。受邀于2019年起担任Chemical Society Reviews编委，并作为客座编辑，在Chemical Society Reviews组织了小分子催化活化主题专刊“Small molecule activation, from biocatalysis to artificial catalysis”。同时担任Chinese Journal of Catalysis和Chinese Chemical Letters青年编委。
课题组主页：
https://www.x-mol.com/groups/cao_rui

原文链接

Li X.; Lv, B.; Zhang, X.-P.; Jin, X.; Guo, K.; Zhou, D.; Bian, H.; Zhang, W.; Apfel, U.-P.; Cao R., Introducing Water-Network-Assisted Proton Transfer for Boosted Electrocatalytic Hydrogen Evolution with Cobalt Corrole. Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202114310.https://doi.org/10.1002/anie.202114310

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