在自然界的光合反应中，水首先被氧化成氧气而释放。这一过程中产生的质子经过一系列迁移后被光激发的电子还原，还原产物最终用于二氧化碳的还原反应。我们可以因此认为自然界通过光驱动的水分解反应将太阳能成功高效的转化成为了化学能。由于人类面临日益严峻的能源环境危机，人工模拟光合反应通过水分解制备氢气成为了全世界的研究热点。水的分解反应涉及到水的还原和水的氧化这两个半反应。由于这两个反应均为动力学缓慢的过程，我们需要开发高效稳定的催化体系加快反应速度，进而提升整个过程中太阳能到化学能的转化效率。

  氢气作为一种新能源载体，它清洁无污染、能源密度高、便于储存与运输，并且可以通过氢气燃料电池高效的输出电能。在氢气燃料电池中，涉及到两个重要的电极反应，分别是氢气的氧化和氧气的还原。而其中，氧气的还原，由于需要多电子的协同参与，成为了电池输出效率的瓶颈。关于氧气还原的催化研究因而具有十分重要的理论与实际意义。

  基于上述光驱动的水分解制备氢气以及氢气在氢氧燃料电池里的“燃烧”，我们可以建立一个清洁无污染零排放的能源/物质循环过程。在这一过程中涉及到水的还原、水的氧化和氧气的还原这一系列动力学缓慢的过程。开发高效的催化剂、研究这些反应的机理将为这一理想的能源利用体系打下坚实的基础。

  威廉希尔体育app官网分子模拟与太阳能转化研究团队长期致力于基于分子催化体系（特别是基于卟啉咔咯体系）的水还原、水氧化和氧气还原等方面的基础与应用研究，近年来相继发表了一系列基于分子催化体系的科研论文：Energy & Environmental Science, 2012, 5, 8134-8157;Journal of Physical Chemistry Letters, 2012, 22, 2315-2319;Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, 16, 1883-1893;Inorganic Chemistry, 2015, 54, 5604-5613;ACS Catalysis, 2015, 5, 5145-5153;Angewandte Chemie-International Edition, 2016, 55, 5457-5462;ACS Catalysis, 2016, 6, 6429-6437。这一系列系统性的基础理论研究特色鲜明，受到国际同行的广泛认可。受美国化学会顶级综述性期刊《Chemical Reviews》（三年平均影响因子43.199）编辑部邀请，曹睿教授撰写了题为“Energy-Related Small Molecule Activation Reactions: Oxygen Reduction and Hydrogen and Oxygen Evolution Reactions Catalyzed by Porphyrin- and Corrole-Based Systems”的综述文章。该论文近期已在线发表：

  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.6b00299

  该论文全面详细的介绍了基于卟啉和咔咯的分子催化体系在上述小分子活化中的催化活性和催化机理研究。论文从生物体系的类似反应引开讨论，系统全面的分析了人工合成的简单分子体系、复杂构架分子体系、与固体材料的杂化体系以及分子矿化后的无机物体系。全文共81页，插图104张，引用文献414篇。

  上述研究结果得到了国家基金委自然科学基金、中央高校基金、williamhill威廉希尔官网启动基金等的大力支持。