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金屬的魔法：哪些金屬催化劑能迅速釋放氧氣，並改變能源未來？
水的氧化催化反應（WOC）不是單純為了產生氧氣，而是為了探索未來可再生能源，特別是在水分解產氫的過程中至關重要。水氧化的本質在於：將水轉換為氧氣和質子（2 H2O → 4 H+ + 4 e− + O2），這一過程的核心在於催化劑的使用。雖然空氣中氧氣隨處可得，但提升水氧化效率的催化劑，無疑對於未來清潔能源的發展扮演著關鍵角色。
水的氧化過程比其共軛鹼氫氧根的氧化要困難得多。
催化劑的類型主要分為均相催化劑和非均相催化劑，其中金屬催化劑尤為重要。這些催化劑不僅需要在低過電位下快速運作，還需具備高度的穩定性及低成本，優選環保無毒的組分。
均相催化劑
魯坦（Ruthenium）複合物
魯坦水合物催化的水氧化反應已經取得了一些進展。這些催化劑通常包含雙吡啶型或三吡啶型配體。尤其是含有吡啶-2-羧酸的催化劑，其反應速率可達到300 s−1，與光合系統II相當。近期的研究中出現了許多新型的聚吡啶配體。
鈷（Cobalt）和鐵（Iron）複合物
早期的鈷基WOC催化劑存在穩定性不足的問題。相對較新的均相催化劑[Co(Py5)(H2O)](ClO4)2則通過質子耦合電子轉移反應形成[CoIII--OH]2+物種，進而氧化生成CoIV中間體，並最終與水反應釋放氧氣。另外，鈷聚氧金屬化合物[Co4(H2O)2(α-PW9O34)2]10−展現出了高度的催化效率，而某些含鐵的複合物同樣具有良好的催化特性。
許多相關複合物擁有可分解的特性，大多數在幾小時內就會降解。
銥（Iridium）複合物
銥複合物[Ir(ppy)2(OH2)2]+雖然展現出較高的反應週期數，但催化速率較低。透過替換ppy為Cp*（C5Me5），可提高催化活性卻降低了週期數。水的親核攻擊被認為是形成O2的原因之一。
非均相催化劑
在這一領域中，銥氧化物作為穩定的主要催化劑，顯示出低的過電位。另外，基於鎳的氧化物薄膜在接近中性條件下釋放氧氣，顯示出約425 mV的超低過電位及穩定性。X射線光譜技術揭示了NiIII/NiIV離子之間存在雙μ-氧化物橋接，但未發現單μ-氧化物橋接的證據。
鈷氧化物（Co3O4）正按著其他鈷鹽的相似模式進行研究。
在這種背景下，穩定且高效的催化劑可以通過將CoII吸附在二氧化矽納米顆粒上來製備。這些複合物在氧化水的過程中表現出良好的活性，而當其與碳素材進行水熱處理後，能顯示出優異的水分解效果。
未來展望
水氧化催化劑的發展無疑在未來的能源生態系統中具有重要的意義。隨著研究的深入，我們越來越接近創造出能高效轉化水為氫能的催化劑，這將使得太陽能和氫能的結合成為可能。想像一下，若未來有數據顯示這一技術可以廣泛應用，我們的能源未來將會如何被重塑？
