使用有效的催化剂是使许多技术程序首先可行的原因。实际上，化学工业中产生的80%以上产物的合成需要输入特定的催化剂。其中大多数是固态催化剂，它们可能发生的反应发生在吸附在其表面的分子之间。催化剂的特定性质允许起始分子相互作用并加速它们之间的反应，而不消耗或改变催化剂本身。然而，有效的催化还需要有效的混合，因此反应物必须能够在催化剂表面上横向扩散，以最大化经历所需反应的机会。但是，在工业过程中使用的条件下，催化剂的表面通常如此密集地填充有吸附的颗粒，因此不清楚分子如何能够有效地扩散。由Ludwig-Maximilian-Universitaet(LMU)化学系的Joost Wintterlin教授领导的研究人员现在已经证明，尽管反应物确实花费时间几乎困在催化剂表面，但占用的局部波动经常提供改变位置的机会。新发现出现在领先的期刊上 当地居民的波动经常提供改变立场的机会。新发现出现在领先的期刊上 当地居民的波动经常提供改变立场的机会。新发现出现在领先的期刊上科学。
为了深入了解在固态催化剂上发生的分子过程，Wintterlin及其同事使用扫描隧道显微镜(STM)监测单个氧原子在钌(Ru)催化剂上的迁移率，该催化剂密集地吸附在吸附剂上一氧化碳(CO)分子。“我们选择这个系统是因为CO氧化成CO 2Wintterlin解释说，属于铂族的金属是一种经过充分研究的固态催化模型。然而，传统的扫描隧道显微镜无法捕捉到该反应体系的表面动力学。但该团队成功地提高了数据采集的速度，最终达到每秒多达50幅图像的速度 - 足够高，可以制作催化剂上颗粒动态的视频。
STM图像显示氧原子被吸附在Ru催化剂表面的CO分子形成的三角形笼完全包围。对视频的分析表明，单个氧原子只能在由Ru原子间隙形成的三个位置之间跳跃。“但令我们惊讶的是，我们还观察到一个原子可以从它的笼子中逃逸出来，然后突然开始以一个几乎和在完全空的表面上一样高的速度扩散通过一氧化碳基质，”Ann说。 -KathrinHenß，该研究论文的第一作者。与乌尔姆大学理论化学研究所的AxelGroß教授合作，慕尼黑的研究人员能够将这种现象与表面上CO的局部密度波动联系起来，这产生了分子或多或少紧密堆积在一起的区域。当这种波动发生在氧原子附近时，后者可以从其笼中逸出，并进入新的位置。事实上，这种“开门机制”如此迅速地打开扩散通道，使得氧原子通过基质的运动不会受到显着阻碍。这就解释了为什么他们几乎总能找到一种新的结合伴侣来促进催化剂的反应。如此迅速地打开扩散途径，使得氧原子通过基质的运动不会受到显着阻碍。这就解释了为什么他们几乎总能找到一种新的结合伴侣来促进催化剂的反应。如此迅速地打开扩散途径，使得氧原子通过基质的运动不会受到显着阻碍。这就解释了为什么他们几乎总能找到一种新的结合伴侣来促进催化剂的反应。