Они сняли видео, где отдельные атомы перемещаются и колеблются во время химической реакции, удаляющей водород из молекулы спирта. Благодаря этому удалось обнаружить промежуточные соединения, которые раньше никто не видел, и даже новый путь реакции.

Результаты опубликованы в издании Chem.

Раньше такие процессы изучали только теоретически — слишком быстро все происходит, а сами промежуточные молекулы нестабильны.

Но теперь у исследователей есть SMART-EM — мощный электронный микроскоп, который снимает химические реакции в реальном времени, не разрушая молекулы.

Что удалось выяснить:

• Альдегид (продукт окисления спирта) не улетучивается, как думали раньше, а остается на катализаторе.
• Молекулы альдегида соединяются в короткие цепочки, что ускоряет реакцию.
• Образуется гемиацеталь — промежуточное вещество, которое затем превращается в другие продукты.

Раньше мы могли только догадываться, как движутся атомы, — говорит Йоси Кратиш, ведущий автор исследования.

Теперь мы это видим. Когда я осознал, что у нас получилось, мне пришлось закрыть ноутбук и отойти на пару часов. Никто раньше такого не делал.

Катализаторы используют везде — от производства топлива до создания лекарств. Понимание их работы на атомном уровне поможет делать химические процессы эффективнее и экологичнее.

Этот прорыв важен не только для фундаментальной науки. Прямое наблюдение за катализом открывает путь к:

• Оптимизации промышленных процессов — можно проектировать катализаторы точечно, зная, какие именно участки работают лучше.
• Снижению затрат — если понять механизм до конца, можно сократить расход энергии и сырья.
• Зеленой химии — меньше побочных продуктов, выше эффективность, меньше вредных выбросов.
• Созданию новых материалов — например, для водородной энергетики, где критически важен контроль на атомном уровне.

Ранее ученые придумали способ, как наблюдать за поведением наночастиц.