人工光合作用能通过太阳能分解水产生氢气和氧气,将太阳能转化为化学能,是解决能源危机和发展新能源的一条主要途径。在人工光合作用中,水氧化半反应至关重要,因此开发稳定高效的水氧化催化剂是很有必要的,而分子水平的金属钌配合物水氧化催化剂有非常好的催化性能,成为了人们关注的热点。由于带负电荷的阴离子配体具有很强的给电子能力,因此能够降低金属钌催化剂的氧化还原电位和稳定高价金属钌中间体,进而提高其催化水氧化性能。然而目前大部分水氧化催化剂有水溶解度很差的缺点,会影响催化活性。基于此,本论文设计合成了一系列基于阴离子配体同时能增强水溶性的金属钌水氧化催化剂。首先,合成了一个含阴离子的配体H₄L（H₄L=4,4’,6,6’-四羧基-2,2’-联吡啶）。并以这个配体为横向配体合成了两个单核钌水氧化催化剂1和2,并对它们的化学法催化水氧化性能进行了测试。由于两个未配位的羧基能够增强催化剂的水溶性,从而提高了催化效果。结果表明,催化剂2的催化循环数TON可以高达9160,催化剂1的TON为5830,催化时长均可达12个小时,都表现出了非常好的催化性能和稳定性。催化剂2比催化剂1有更高的TON的原因是催化剂2中轴向配体酞嗪中的分子间的疏水效应和π-π堆叠效应增强了自由基耦合过程。此外,合成了两个含阴离子的席夫碱配体,并以它们为横向配体合成了两个单核钌水氧化催化剂3和4。并测试了其化学法催化水氧化性能。结果表明,催化剂4的催化循环数TON为1150,催化剂3的TON为580。研究表明,这两个催化剂也表现出了比较好的催化性能。催化剂4中甲氧基上的氧原子可以与水分子形成氢键,因而增强了水分子对催化中心钌的亲核进攻过程,增强了催化剂4的催化水氧化的性能。但是由于席夫碱在酸性条件下易分解导致了催化剂稳定性比较差,所以没有达到非常好的催化效果。以Ru（bpy）₃Cl₂为光敏剂,以Na₂S₂O₈为电子牺牲剂,在中性条件下,研究发现催化剂3和4也能够在可见光驱动下催化水氧化,催化剂4的TON为168,催化剂3的TON为106。通过对以上水氧化催化剂的研究,可以发现增强催化剂的水溶性、分子间的疏水效应和π-π堆叠效应和分子中含有能与水分子形成氢键的基团都能提高催化剂的催化性能,为后续人们设计高效的水氧化催化剂提供了非常有意义的参考价值。