近日，美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究团队在《自然通讯》杂志上发表了一项重要成果，他们利用直线加速器相干光源(LCLS)的超快X射线技术，结合最新理论进展，成功揭示了飞秒时间尺度上的催化剂原子运动。这一发现为理解催化剂在光触发下的催化机制提供了新视角。

催化剂在自然界和工业领域中扮演着关键角色，其中部分催化剂的催化活性由光触发。然而，尽管光谱法已广泛用于研究这一过程，但催化剂原子在光照射后如何改变结构的关键细节仍不明确。SLAC实验室的研究团队通过LCLS的超快X射线技术，首次实现了对这一过程的直接观察。

在实验中，研究团队用X射线脉冲照射五羰基铁样品，并分析X射线散射到探测器中的模式。通过记录散射模式随时间的变化，他们能够确定样品的原子结构如何响应光触发。然而，探测器的有限尺寸和其他实验限制使得直接从散射数据中提取结构信息变得困难。为此，研究团队采用了之前开发的理论方法，将观察到的散射模式与分子中所有可能的原子对之间的距离联系起来，从而直接从散射数据中提取结构。

研究团队发现，在光触发下，五羰基铁分子中的一氧化碳基团会一个接一个地脱落，同时其他原子对会充当“旁观者”的角色，放大原始运动。这一发现不仅揭示了催化剂原子运动的复杂性，还为观察更复杂的分子结构提供了新方法。

纳坦研究员表示：“了解能量如何在分子中流动以及原子如何在现实空间和时间中运动，使我们更接近控制化学反应，帮助我们设计材料。”这一成果将有助于研究人员根据不同应用定制催化剂的性能，推动化学工业的发展。

该研究团队汇聚了来自斯坦福PULSE研究所、LCLS、斯坦福大学以及美国能源部太平洋西北国家实验室、布朗大学等多家机构的专家，共同致力于揭示催化剂原子运动的奥秘。

更多信息： Aviad Schori 等人，过渡金属络合物解离及其同时发生的能量重分布的实空间观测，《自然通讯》(2025)。期刊信息： 《自然通讯》