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自然界光合作用过程中,生物体利用太阳光驱动一系列能量和电子转移.在光分解水产生氧气的同时将CO2转化为高级的碳水化合物或者将质子还可以还原为氢气。人们从光合作用得到的启示,将这一概念应用到工业生产中,发展出新型光化转换技术。在光催化反应中,水氧化半反应为产氢或CO2还原提供必要的质子和电子,是构筑人工光合作用体系的核心,也是这一研究领域最具挑战性的课题。本文基于廉价金属分子催化剂,构建了以具有光催化活性的无机半导体材料钒酸铋(BiVO4)为光敏剂,以分子水平具有立方烷结构的Co4CO4(O2CMe)4(py)4(py=pyridine催化剂11)为水氧化催化剂,以AgNO3为电子受体的无机半导体/小分子催化剂复合光催化体系。通过光照实验结果表明,该新型催化体系不仅能够实现光催化产氧,并且在光稳定性和光量子产率方面都优于金属配合物光敏剂／分子催化剂均相产氧体系。同时,本研究寻找到最优放氧条件,发现在pH=2.4的硫酸水溶液中,催化剂11的浓度为0.5×1015M, BiVO4为0.15g,电子受体浓度为20mM时,体系的产氧活性最高,在6小时内放氧量达到64.87μmol,根据加入催化剂的量计算得到体系的TON为324。因此有效克服了以往有机分子光催化水氧化体系中光敏剂寿命短、易分解的问题,实现了持续高效的光诱导水分解。本文还对体系中的水氧化活性物种进行了研究,通过改变分子催化剂11配体取代基、与钴离子放氧进行比较,以及研究放氧过程中体系的核磁和紫外变化等,确定了分子催化剂对该体系放氧活性起决定性作用。本研究考察了以n-型半导体BiVO4为光阳极,利用Nafion高分子膜将分子催化剂11负载到电极的表面,构成无机半导体／分子催化剂复合光阳极。光催化结果证实,催化剂11不仅能够提高BiVO4)光阳极的稳定性,而且能够有效的提高光电流。