催化剂在现代工业中被广泛用于加速化学反应，相关工艺覆盖化肥、燃料、药物以及氢能等领域。不过，研究人员长期以来难以在真实催化剂表面直接观察反应如何展开。

华威大学与麻省理工学院（MIT）的研究团队近日在《自然催化》（Nature Catalysis）发表论文，报告以更高细节可视化铂（Pt）催化剂的表面活性。研究指出，催化剂表面并非由彼此独立的“反应热点”主导，而更像一个相互连通的系统，不同区域通过电子共享共同推动整体反应。

华威大学化学研究员、论文第一作者徐向东表示，传统观点倾向于认为催化剂主要依赖反应最快的单个热点发挥作用；而该研究显示，催化表面更接近“互联的电网络”，不同区域之间存在电子共享，从而共同驱动反应过程。

研究聚焦于与燃料生产及清洁能源技术相关的热化学反应。团队首次使用先进的扫描电化学单元显微镜（SECCM）对相关反应进行研究，并据此绘制催化剂表面的高分辨率活性图谱。

研究人员发现，催化剂表面的单个晶粒（微小区域）在不同化学步骤中呈现差异化特征：部分晶粒更偏好氧化过程，另一些则更偏好还原过程。通过将SECCM与晶体学映射结合，团队进一步直接观察到晶粒之间的协同电子流，显示催化剂以协调系统方式运作，而非独立位点的简单叠加。

MIT副教授、论文合著者Yogesh Surendranath表示，催化剂表面并不是单个位点的拼凑；研究观察到不同区域可通过电子流实现“沟通”，这种连通性有助于提升整体反应效率。

此外，团队还记录到“化学串扰”现象，即某一区域发生的反应会对邻近区域产生影响，可能带来活性增强或抑制。

华威大学化学系院士Pat Unwin补充称，研究首次在真实表面尺度上呈现催化活性如何被组织起来，为通过设计不同区域之间的相互作用来优化催化剂提供了新的思路，而不仅仅聚焦单一活性位点。

研究团队表示，上述发现有望为下一代催化剂设计提供参考，服务于清洁能源与可持续制造相关技术的发展。