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利用太阳能将水分解为氧气和氢气是获得清洁能源的理想途径。水作为清洁的电子给体,其氧化过程中释放的电子为光解水产氢提供还原当量。发展廉价、高效、稳定的水氧化催化剂是构筑人工光合作用体系的瓶颈之一。其中发展基于廉价金属的催化剂是目前的重要发展方向,譬如基于Cu,Fe等金属的催化剂得到了广泛的关注。本论文以双金属协同作用促进O-O键的生成为基本思路,设计了一系列Cu/Fe配合物,通过电化学、光谱、理论计算等手段详细研究了其催化水氧化的性能及机理。首先设计并合成单核Cu配合物并对其催化水氧化的性能及机理进行了研究。实验结果表明,该单核Cu配合物具有稳定的电催化水氧化活性,能够在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中以0.12 s-1的速率催化水氧化并释放出O2。实验结果和理论计算表明该单核Cu配合物首先经过质子耦合电子转移氧化生成CuIII=O,随后被进一步氧化生成高价态的中间体CuIV=O;该高价态CuIV=O能将水氧化释放出氧气并转化成起始态开始新的催化循环。在该催化过程中,O-O键被认为经过WNA机理形成。在上述单核Cu配合物的研究基础上我们设计了一系列新型双核Cu配合物。这一系列配合物在结构上具有共同的特征:两个Cu原子通过一个桥羟基相连。实验结果显示该类配合物在pH=7的磷酸缓冲溶液中可以有效的催化水氧化释放出氧气。与单核Cu分子催化剂相比,该类配合物在催化过程中分子内两个CuIII的协同作用可以促进O-O键的生成,并且桥羟基亦参与到O-O键的生成中。当双核Cu配合物的两个Cu没有桥羟基的联接时,表现出了与桥羟基联接的双核Cu体系不同的催化动力学。上述研究表明双金属协同作用促进的O-O成键方式可以作为水氧化催化剂设计的一个重要策略。利用上述双金属协同作用的策略,我们对基于铁的水氧化催化剂的设计做了一些探索。实验结果表明双核Fe配合物可以高效地催化水氧化释放出氧气,其中O-O键可能通过分子内两个FeIV=O单元直接耦合生成,避免了高价态中间体FeV=O的参与。结合电极反应动力学,拉曼光谱等手段,我们进一步确认了在该双核Fe配合物的催化过程中双金属协同作用同样是O-O键形成中的重要因素。