許多工業(yè)過(guò)程使用固體催化劑加速氣相或液相中的化學(xué)反應(yīng)。這些多相催化劑表面不同活性位點(diǎn)的活性差異很大。如果科學(xué)家能夠精確識(shí)別高活性位點(diǎn)，就可以重新設(shè)計(jì)催化劑，增多這樣的位點(diǎn)，從而改進(jìn)催化劑性能。

慕尼黑技術(shù)大學(xué)的Aliaksandr等發(fā)明了一種掃描隧道顯微鏡(STM)技術(shù)，可以在反應(yīng)期間確認(rèn)表面活性的變化，空間精度超過(guò)了前人(Nature 2017, DOI: 10.1038/nature23661)，繪制表面活性地圖的分辨率達(dá)到1～2 nm，比德克薩斯大學(xué)Allen等開(kāi)發(fā)的掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

最終的目標(biāo)是原子級(jí)別的分辨率，目前尚差2個(gè)數(shù)量級(jí)。但加州大學(xué)伯克利分校的多相催化專家Alexis T. Bell評(píng)論說(shuō)，新技術(shù)比之前的方法在精確識(shí)別位點(diǎn)的活性方面進(jìn)步顯著。

Bandarenka等用該技術(shù)識(shí)別對(duì)溶液中的氫氣生成和氧化還原反應(yīng)起催化作用的電極上的活性位，發(fā)現(xiàn)在階梯狀的Pt表面上，階梯邊緣的催化活性高于平展部分的催化活性。

該技術(shù)分辨不同活性的原理是，STM尖端和附近催化劑表面位點(diǎn)之間的電子隧道電流隨反應(yīng)活性的變化而顯著改變。反應(yīng)發(fā)生時(shí)，局部表面的變化，如分子吸附和脫附，會(huì)在電子隧道電流中引起噪音的變化。研究人員通過(guò)監(jiān)測(cè)這些變化識(shí)別并測(cè)量了活性的差別。

催化和表面科學(xué)公司Syngaschem的主管Hans Niemantsverdriet說(shuō)，這項(xiàng)工作在活性位可視方面向前邁了一大步，希望在噪音變化比較小的氣相反應(yīng)中也能應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。