环境友好型清洁能源，迎合当今及未来的需求，对所有生命都非常必要。水催化氧化可以形成氧气和质子，这是许多可持续发展能源储备的关键反应，包括水分解制备氢气或将二氧化碳直接转化成能源。在实际应用中水氧化催化剂应具有高活性，长寿命(即在反应条件下稳定)且倾向于由富土元素合成。人工光合电池的改进主要取决于改进它的组成部件，水氧化催化剂对改进人工光合电池尤为重要，因为水氧化反应是整个工艺流程中最困难的一步，也是从太阳中获取能量的技术瓶颈。用于水氧化反应的分子催化剂在针对催化剂活性优化的结构可调适性方面具有优势，最重要的是，分子催化剂便于研究其反应机理，为精确催化工程提供机会。　　在此，我们开发了基于钌、钴离子的水氧化反应系统。在钌基分子系统中，表面三齿覆盖配体(1,4,7-triazacyclononane)结合其它双齿配体(中性和带负电荷)能够有效稳定不同的钌氧化态，结果如下：　　1.针对多数钌基WOCs使用的是刚性共轭的三齿平面配体，本工作利用柔性烷基链的三齿配体——1,4,7-三氮杂环壬烷（[9]aneN3）——合成了钌基 WOCs，并研究了这类催化剂的稳定性和活性。　　2.催化剂催化水氧化活性优良，催化剂6（{Ru[9]aneN3(bpy)}+）获得了1250（mol/mol）的转化数（Turnover Number,TON）和0.2 S-1的初始转换速率（Turnover Frequency，TOF）。而有着和6类似结构的催化剂3（{(Ru[9]aneN3）(bpy)DMSO}2+)则活性较低，TON只有560（mol/mol）。　　3.研究还发现,当化合物6中 bpy被2-吡啶甲酸取代得到的化合物4（[Ru([9]aneN3)(pic)DMSO]+）和7（[Ru([9]aneN3)(pic)H2O]+)却表现很低的活性。这是由于吡啶甲酸分解，形成的三水合化合物对水分解并无活性。　　此外，我们还开发了钴基水氧化催化剂，该催化剂解决了许多当前该领域日益增长的问题。该催化剂很简单甚至可以用双齿配体和商业用的钴盐进行原位合成。催化剂设计巧妙，拥有两个协同配体和两个协同位点用于和水协同配位。基于三唑的双齿配体的选择避免了多齿配体的不易合成和难以调适的问题。合成的催化剂在水介质中能保持至少数周的稳定性，而其他报道过的催化剂在溶于水时会直接分解成自由钴离子。原位合成计划使得该分子催化剂能够对不同电极材料上自组装镀膜。催化剂在强氧化环境中的依然保持高稳定性，这一特性引人关注。经证实，在中性条件下原位生成的高稳定性复合物和高催化活性只基于一个双齿配体，其清楚的阐明了小配体取代预先制备的多齿配体在高氧化态和低氧化态是稳定钴离子的能力，在此我们提出基于钴的催化系统的一些引人关注的结果：　　1.钴催化剂在乙酸缓冲液（pH=6）中对电化学和光化学催化水氧化反应都很活泼。　　2.电化学研究发现,催化剂在不同的电极材料（GC，HOPG，ITO）表面都会自组装成膜。　　3.研究表明该膜不是常见的钴氧化物活钴氢氧化物，而是有机配体键和了钴离子的络合物。我们使用 SEM，Raman，IR和 XPS研究了膜的物理性质，并证实了它的均相性。　　4.对附有该膜的玻碳电极施加1.49 V（vs. NHE,当有氧气生成时观察到约9 mA cm-2的电流强度。这是使用醋酸钴时的电流强度的5倍。在没有催化剂的中性缓冲液中，附有该膜的ITO电极可以观察到约3 mA cm-2的电流强度。在相同外加电势时，ITO电极上的电流强度在电解11小时后仍维持在2.0 mA cm-2。　　5.在稳定性和 TON方面，催化剂对光催化水分解的催化活性可媲美见诸报道的钴催化剂。