史上首次！科學家直擊原子級催化反應過程

研究團隊運用革命性電子顯微技術，成功捕捉到催化反應中原子運動的即時影像，揭露了過去無法觀測的短暫分子狀態與隱藏反應路徑。這項突破性發現將徹底改變我們設計更環保、高效化學製程的方式。

由美國西北大學主導的國際團隊，首度在原子尺度直接觀察到催化反應的動態過程。透過先進成像技術，科學家記錄下酒精分子脫氫反應中單個原子的運動軌跡，不僅發現了短暫存在的中間產物，更意外揭露一條全新的反應途徑。

這項研究採用了名為「單分子原子解析度時序電子顯微鏡」（SMART-EM）的前沿技術。該技術發明者、東京大學中村榮一教授表示：「我們不僅實現了觀察單個原子的夢想，更進一步拍攝到分子運動的『化學電影』。」

研究第一作者、西北大學克拉提許博士回憶：「當我意識到我們做到了什麼時，不得不關上電腦休息幾小時。這在催化研究領域是前所未有的突破，實在令人震撼。」

資深作者馬克斯教授強調：「催化劑是現代文明的基石，從燃料、塑膠到藥物都依賴它。要提升化學製程效率與環保性，就必須理解原子層級的作用機制，這項研究邁出了關鍵一步。」

傳統電子顯微鏡因電子束過強，會破壞有機分子結構。SMART-EM透過降低電子劑量，成功捕捉到敏感催化劑的動態影像。團隊選擇研究酒精脫氫反應，並特別設計具有明確活性位點的單點鉬氧化物催化劑，以便精準觀察。

令人意外的是，研究發現醛類產物並非如預期般揮發，反而會附著在催化劑表面形成短鏈聚合物，這項新發現的反應步驟可能主導整體反應程序。此外，醛類還會與酒精反應生成半縮醛中間體。

克拉提許興奮表示：「這只是個開始！未來我們希望能分離這些中間產物，精確控制系統能量，研究有機催化轉化的動力學。SMART-EM正在改寫我們研究化學的方式。」

這項刊登於《Chem》期刊的研究獲得美國能源部支援，將為綠色化學與永續能源發展開闢新途徑。