太阳能光催化被视为将阳光转化为燃料与化学品的潜在路径，但相关技术推进长期受限于对反应机理与材料内部电荷行为的直接观测能力。耶鲁大学研究团队近日公布一项测量技术，称可在纳米尺度下实时追踪光驱催化剂在反应中的工作状态，包括其分解水生成氢气和氧气的过程，以及电子与空穴在材料中的迁移。

上述研究发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。研究负责人、耶鲁大学化学与环境工程教授胡舒表示，该方法使团队能够以更高的真实感与分辨率观察光催化剂的“实时工作状态”。

研究团队称，新方法可在约10纳米尺度上对光催化反应进行实时观测，旨在突破该领域在空间分辨率与动态测量方面的限制。研究人员同时指出，该工作揭示了反应中还原与氧化两类化学过程之间的精确分界，为后续材料设计提供了可观测的依据。

在技术实现上，团队搭建了一套可同步进行安培计与电位计测量的系统：安培计用于记录电子流动的数量，电位计用于测量驱动电子的电压或作用力。为完成测量，研究人员制作了“纳米探针”——一种纳米级石英探针，其中心嵌入纳米尺寸的铂丝。

研究人员表示，系统开发的关键难点在于让纳米探针与样品表面实现物理接触而不造成损伤，同时保持极高精度的位置控制。胡舒称，研究中的一项意外发现是，除测量金属表面的电流外，该系统还能够在光照条件下测量半导体材料的电压信号。