2021年10月4日，Journal of Physical Chemistry letters 线上报导了中科院物理学研究所/北京市凝聚态物理我国研究中心软化学物质化学实验室翁羽翔研究组（SM6组）名为“光电催化红外光谱分析揭露光合作用放氧中心锰簇拟合物在多种氧化复原情况中的构造重新排列（Structural Reorganization of a Synthetic Mimic of the Oxygen-Evolving Center in Multiple Redox Transitions Revealed by Electrochemical FTIR Spectra）”的研究工作中。该工作中运用傅里叶变换光谱分析仪在低峰位股票波段研究了人工生成的锰簇在光电催化氧化全过程中的组织转变，为光合作用放氧中心裂化水的化学反应体制研究开拓了一条有效途径。

植物光合作用是大自然运用自然光规模性地将二氧化碳和水生成有机化合物并释放O2的全过程。在世界与性命发展全过程中，具备放氧复合体的放氧光合作用微生物的发生，使大气圈中的O2不断发展、慢慢积淀并稳定在大概21％的水准，大大的加快了地球上演变、生态系统产生与兴盛的过程。光系统软件Ⅱ关键复合体是太阳能推动水氧化的主要场地，具备光解水放氧作用的系统软件II关键复合体是一个由好几个蛋白质亚基、锰簇、黑色素分子结构等第二信使构成的黑色素膜蛋白复合体。其关键锰簇是带有五个金属离子的MnOCa。在其中的三个Mn分子，四个氧分子和一个钠离子占有六面体的八个端点，产生正方体构造。

自然光经捕光无线天线消化吸收后逐层发送给反映中心的叶绿素独特对，并完成正电荷分离出来，产生的正电将相邻的色氨酸Z氧化成共价键氧自由基，后面一种进一步将锰簇物氧化，推动水的氧化并释放O2：

初期闪亮诱发动力学模型研究说明，O2的施放必须4个不断的闪亮全过程能够进行一个放氧周期时间。Kok等在1970就明确提出纯天然锰簇物放氧中心存有一个由S-S的五个情况组成的循环系统反映方式（即Kok 循环系统）。S，S，S ，S 和S各自表明放氧锰簇物的不一样氧化复原情况。每一次氧化诱发的模式变化都是会遗失一个电子器件，而每循环系统一次则需消化吸收4个光量子，累积4个氧化剂量（丧失4个电子器件，累积4个质子）才可以把水分彻底裂化，释放氧气后再度回应到S0态，如图所示1所显示。

的施放必须4个不断的闪亮全过程才v能进行一个放氧周期时间。Kok等在1

图1. Kok循环系统平面图

光系统软件放氧中心一氧化氮合酶的分子结构研究说明，放氧中心锰簇物是由锰离子和钠离子经D1和CP43蛋白质上碳水化合物羧基主链融合而产生的微生物自组装构造。因为D1蛋白质对强光照很比较敏感，在身体的新陈代谢资金周转十分迅速，药物半衰期大概为十分钟。由此可见，在自然中放氧中心锰簇物是借助微生物的自恢复作用完成其不断运行的。纯天然氧中心锰簇物的不对称性对植物光合作用水裂化的体制研究也提供了相对的艰难。

2015年中国科学院有机化学研究所张纯喜研究工作组在光系统软件放氧中心人工拟合物的研究中得到重大突破，取得成功生成了新式MnOCa簇合物（Science, 2015, 348, 690-693）。目前为止，此类化学物质是与纯天然放氧中心锰簇物更为贴近的人工拟合物，该拟合物中四个Mn正离子的价态（ 3， 3， 4， 4）与纯天然放氧中心锰簇物S态一致，并且一样具备催化反应水裂化的作用。此人工结合物为纯天然放氧中心锰簇物裂化水全过程的外部经济体制研究给予了较好的突破口。

有关试验研究中，坐落于红外光谱分析低頻股票波段（

对于以上难题，SM6研究组与长春应化所蒋俊光研究员协作设计方案了一种适用傅立叶转变光谱分析仪的小型密封性散射式光电催化池，随后根据对锰簇拟合物开展持续电位差扫描仪，研究了锰簇拟合物（由化学所张纯喜研究员给予）的构造转变全过程。研究发觉，S氧化态存有2种不一样的构造，即Mn—O是成键或是断掉情况所相应于的关闭或对外开放锰核正方体构造（见图2）。该结果和纯天然锰簇物极其类似，不一样的是，针对人工拟合物，S态的合闭正方体构造比对外开放的长方体构造更为平稳，而这一顺序在纯天然锰簇物中恰好反过来。很有可能的因素可归结为于二者在配位分子结构上的差别，即人工锰簇物不会有HO分子结构配位，而纯天然锰簇物含HO分子结构配位。该工作中为光合作用放氧中心裂化水的化学反应体制研究开拓了一条有效途径，评审人觉得该工作中为纯天然放氧中心锰簇物的研究给予了有效的标准信息内容“useful benchmark information”。

图2.纯天然锰簇物(a)和人工拟合物(b)

S情况对外开放及合闭结构示意图

该研究获得了自然科学基金委重点项目建设(21433014, 91961203)和中科院最前沿重点项目建设（QYZDJ-SSWSYS017）的适用。

连接：Structural Reorganization of a Synthetic Mimic of the Oxygen-Evolving Center in Multiple Redox Transitions Revealed by Electrochemical FTIR Spectra | The Journal of Physical Chemistry Letters (acs.org)

编写：fiufiu