锰氧化物的结构组成与天然光合作用释氧中心相似而且成本低廉，近年来作为电解水制备氧气的非均相催化剂受到广泛关注。其表面结构在活化以及电解过程中通常经历可逆或不可逆的结构重组，因此，确定其真正的活性位点并在分子层面理解整个催化循环是一个巨大的挑战。

针对上述问题，吴刚课题组设计了两种锰配合物模拟水钠锰矿层内以及层边缘的基本结构单元，电化学研究表明具有缺陷立方烷结构的三核锰配合物展现出优异的电解水催化能力，其释氧速率超过已报道的锰基均相催化剂；而双核的锰配合物几乎没有任何催化活性。这一结果表明锰氧化物至少需要三个锰中心才能达成氧化水的催化循环，而且桥联的羟基在这一过程中也起到关键作用。

图1:水钠锰矿电催化剂的分子模拟。

课题组随后对催化剂进行了电喷雾质谱测试，确定了水底物与该催化剂的结合能力并明确了水分子的结合位点；利用醋酸根离子阻塞该活性位点导致该催化剂完全失活。综合以上实验结果，课题组提出了合理的催化循环。这项工作对深入理解氧-氧键形成机制以及优化锰氧化物电催化剂性能提供了新的视角。在此前的工作中，课题组在相同配体体系下成功制备了尖晶石结构锰氧化物的分子模型并在分子层面对其电解水制备过氧化氢给出了合理的解读(Angew. Chem. Int. Ed.2024,63, e202406701)。后继工作中，课题组计划对两个体系进行密度泛函计算和同位素效应研究，理清电催化氧化水双电子/四电子过程的选择性来源。

该研究成果以“Molecular Insights into Active Sites of Manganese Oxide Based Water Oxidation Eletrocatalysts”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上(Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202511664, DOI:10.1002/anie.202511664)。娱乐城 博士研究生王统帅为第一作者，娱乐城 吴刚副教授、清华大学章名田教授为共同通讯作者。

论文链接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202511664