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光合生物的光系统II（PSII）水裂解催化中心（OEC）是自然界唯一可以利用太阳能高效、安全、温和地将热力学稳定的水裂解，放出氧气、电子和质子的生物催化剂。人工模拟这一生物水裂解催化中心的结构和功能，对认识自然界这一复杂而重要的催化剂的微观本质具有重要的科学意义，同时也有潜在的应用价值。 最近，生物OEC的结构已经被揭示，其核心骨架是由四个Mn和一个Ca离子通过五个μ-O桥连接成Mn4CaO5-异核金属簇合物。OEC的外周配体由六个羧基、一个咪唑环和四个水分子组成。这一结构为人工模拟水裂解催化剂提供了理想的蓝图。本论文的工作结合课题组长期在自然光合作用和人工光合作用的研究基础，开展了系列人工模拟水裂解催化中心研究，主要得到以下结果： 一、合成出两种新型的Mn4-簇合物，并对其结构、氧化还原和催化性能进行表征。与前期报道的Mn4Ca-簇合物的结构和电化学特性比较研究发现Ca离子的存在能稳定簇合物中高价锰离子。这种Mn4-簇合物的获得为研究生物OEC和仿生Mn4Ca-簇合物提供了很好的参比模型。 二、制备出两种含有稀土金属钇离子的Mn2YO-异核簇合物，并对这类化合物进行电化学特性和催化放氧特性的表征，为探索合成含有稀土金属离子的仿生水裂解催化中心提供了重要的线索。 三、首次合成出含有镧系元素镝离子的Mn6Dy2O9-簇合物，并对该化合物的结构和光谱特性进行表征，发现它与前期报道的Mn6Ca2O9-簇合物非常类似，该工作为今后制备含镧系元素仿生水裂解催化剂奠定了基础。 四、在制备 Mn4Ca-簇合物的合成反应体系中，分离出四种 Mn化合物， Mn8O9OH(ButCO2)11(C5H5N)2、 Mn4O2(ButCO2)8(C5H5N)2、 Mn6O2(ButCO2)10和Mn(ButCO2)4?(Bun4N)。其中，高活性的四配位单核Mn(III)构型是首次观察到。这些为探讨人工Mn4Ca-簇合物的合成机理提供了重要的信息，也为今后对Mn4Ca-人工簇合物的结构优化提供了实验依据。