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自然界的光合作用能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成转换为有机物，释放出氧气，是一个高效的能量和物质转换系统。这一系统引起了多领域的科学家们的广泛关注，包括膜蛋白晶体结构解析，生物酶结构模拟及构建人工光合成体系等。其中利用人工光合成体系（特别是全解水体系），是解决能源危机和环境污染的重要途径。作为全解水的一个半反应，水氧化反应涉及到多步质子和电子的转移过程，是整个反应的瓶颈。发展廉价、高效、稳定的水氧化催化剂是目前研究的热点也是难点。我们借鉴自然界放氧复合体的结构和功能，通过配体设计和优化，合成了一系列铜基配合物，并通过光谱和电化学等方法系统研究了其电/光催化产氧性能，取得如下研究结果: 1.利用多齿的席夫碱-氨基酸配体，模拟自然界OEC活性中心，设计并合成了首例Cu4O4类立方烷型产氧催化剂X1a和X1b，实现了高效的电催化产氧，TOF最高可达269s-1，显著高于目前报道的铜基分子型水氧化催化剂。详细的电化学、电子顺磁共振及磁性等实验表明，该立方烷体系中金属之间存在协同相互作用，能够实现单步两电子的高效电子转移过程，大大促进了配合物的催化产氧过程;原位电子顺磁共振及原位拉曼光谱实验等结果表明，其催化过程在分子内生成O-O键，形成了μ4-coordinated过氧化铜中间体。 2.选用氮杂环衍生物为配体，合成了配合物X2、X3a和X3b，三种配合物均表现出光催化产氧活性。其中配合物X2的咪唑基团在中性/弱碱性条件下能够发生可逆的去质子化过程，有利于质子转移过程，其光催化产氧TON和TOF分别为2.7和0.15s-1左右，与目前报道的铜基光催化剂催化活性相当;动力学研究表明配合物X2光催化产氧速率与其浓度的平方呈线性相关，是通过I2M途径形成O-O键的。进一步地，配合物X3a中四氮唑乙酸配体同时具有富电性和共轭吸电子能力，能够在降低配合物X3a过电位的同时，保持较高的反应活性，从而实现了高效的光催化产氧，产氧TON和TOF分别为25和1.7s-1左右。电子顺磁共振、同步辐射及核磁共振等实验结果表明，该配合物可能形成耦合的Cu(μ-OH)2Cu二聚体结构，有利于金属中心之间的协同相互作用，促进了催化水氧化反应。 3.设计合成了蝎型配合物X4，其中铜金属中心与两个蝎型三吡唑啉基硼烷配体配位形成稳定的变形八面体构型，轴向弱配位的配体为水分子的配位及氧化提供了开放位点。该配合物能够实现高效的光催化产氧，产氧TON和TOF分别为116和8.44s-1左右，均是目前铜基水氧化催化剂的最高值;动力学实验和同位素效应研究表明，整个催化过程的决速步是通过WNA途径生成O-O键，轴向配体在质子脱除过程中起到了辅助作用，有利于质子耦合电子转移过程的进行。