钌催化水氧化反应示意图
利用太阳能直接光解制氢，将氢作为能源载体，替代日益枯竭的石油、煤炭等化石资源可从根本上解决当今世界的能源危机。实现太阳能到氢能转变的一条潜在途径是建立能实现光驱动分解水的光化学电池(photoelectrochemical cell, PEC)，其工作原理是将基于光敏剂和催化剂构建的可见光驱动水氧化体系修饰于光阳极，模拟光合作用释氧复合体(Oxygen-evolving Complex, OEC)催化水氧化，再利用水氧化产生的电子和质子在阴极完成还原反应，释放出氢气。
由于水氧化反应是一个涉及四个质子和四个电子转移以及O-O键形成的复杂过程，目前已成为制约太阳能光电化学电池发展的瓶颈。突破这一瓶颈的关键在于设计合成高效水氧化催化剂并将其应用于可见光驱动水氧化体系。
大连理工大学环境与生命科学学院孙立成小组合成了一系列含有不同对位取代基团的吡啶轴向配体的单核钌化合物Ru(bda)(pic)2 (H2bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸; pic=对甲基吡啶)，对化合物的结构进行了核磁、质谱和X射线单晶衍射表征,并在中性和酸性条件下研究了这些化合物的电化学性质。以硝酸铈铵为氧化剂，对催化剂的催化活性进行了测试，并以[Ru(bpy)3]2+为光敏剂，S2O82-为电子牺牲剂，在三组分体系中考察了这些化合物的光催化活性.研究发现,在化学法水氧化反应中，化合物1由于其轴向配体4,4'-联吡啶在酸性条件下能够发生质子化，从而增强了吸电子效应，因此表现出最高的催化活性，催化循环数达到4000。在光催化水氧化反应中，化合物2因其轴向配体具有最强的吸电子能力而表现出最高的催化活性，反应2h的催化循环数达到270。结果表明，轴向配体的吸电子能力明显提高了这类Ru催化剂催化水氧化反应活性。