本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。 透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續講述關於發現和塑造我們當今世界的想法的具有影響力的故事。
想象一下即時觀看化學反應：原子與鄰近原子斷開鍵，並在熱量或壓力變化時形成新的排列。勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學家們在這些影像中幾乎實現了這一目標。研究人員使用原子力顯微鏡捕捉到了一個大型碳氫化合物分子的前後對比影像——該分子由 26 個碳原子和 14 個氫原子組成——在溫度從零下 270 攝氏度升至 90 攝氏度時，重新排列其形狀。
一旦原子在高溫下重新排列成更緊湊的結構，研究人員將溫度降回零下 270 攝氏度，並使用原子力顯微鏡來觀察他們所做的事情。原子力顯微鏡的工作原理是將單個分子在被觀察物體的表面上移動；分子探針會被被觀察分子的表面偏轉。在本例中，一氧化碳分子探測了更復雜的碳氫化合物。正如您所看到的，結果讓人想起化學教科書中熟悉的經典分子結構圖，這是其他型別的顯微鏡或成像技術無法看到的。影像甚至揭示了原子之間鍵的強度以及其他資訊。
這不僅僅是一個花招。如果化學家能夠具體地看到分子如何重組自身，他們可能能夠揭示一些催化的秘密——透過新增特定元素來加速或減慢的反應。在本例中，研究人員希望將大型碳氫化合物分子編織成奈米級碳奇蹟材料石墨烯的薄片。他們可能還無意中揭示了有時神秘的催化藝術，併為化學打開了一扇新的視窗。