微小差异决定宏观性能！2026年诺贝尔化学奖之后，你需要一台纳米红外光谱成像仪看清催化的真相
发布日期：2026-10-28
为什么有些分子明明组成完全相同，却会表现出不同的性质？答案之一就是“手性”。正如人的左手和右手互为镜像却无法重合，分子世界同样存在 “左右之分”。这种看似微小的差异，却可能对化学反应、生命过程乃至药物作用产生重要影响。
2026年诺贝尔化学奖：让化学“选择”一个镜像
2026年诺贝尔化学奖授予Henri B. Kagan和Kenso Soai，以表彰他们在不对称有机合成中的非线性效应和自催化方面的发现。
今年诺贝尔化学奖的官方表述“They made chemistry choose a mirror image.”非常形象。他们的研究揭示了一个重要现象：在一个本来可以产生两种镜像产物的反应中，微小的初始差异可能通过非线性效应和自催化不断放大，最终使反应明显偏向其中一种手性。也就是说：微小差异 → 反应放大 → 明显选择性。这正是化学世界中非常迷人的“选择”。
图1 2026诺贝尔化学奖
化学反应，真的“均匀”吗？
将视角从分子尺度转向真实材料时，我们会发现：真实世界中的化学，很少是完全均匀的。催化剂表面可能同时存在复杂的位点和化学环境：
不同配位环境的活性位点
缺陷、晶界与晶面取向差异
不同的吸附状态
随反应进行动态演化的表面组成与氧化态
不同吸附态的反应物与中间体
因此，即使是同一个材料，不同位置也可能发生不同的化学过程。传统表征方法回答的是"体系里有什么"，而催化机理真正需要的是"它在哪里、以何种状态存在、如何随反应演化"。当微小的化学差异足以决定催化选择性，正如2026年诺奖所揭示的那样，我们亟需一种能够在纳米尺度同时解析化学组成与空间分布的表征手段。
neaspec让红外光谱进入纳米尺度
红外光谱基于化学键与分子结构的特征振动，被视为材料的“化学指纹”。传统FTIR受衍射极限限制，空间分辨率通常仅在微米量级，远小于催化剂颗粒与活性位点的特征尺度，无法分辨局域化学差异。
neaspec 纳米傅里叶红外光谱仪-Nano-FTIR将AFM的纳米尺度定位能力与红外光谱相结合，通过近场光学技术获得局域的红外光谱信息。该系统的核心优势在于：
优于 20 nm 的空间分辨率，可分辨单个纳米颗粒内部的化学差异；
真正的局域红外光谱采集（"单点化学指纹"），而非仅依赖特定波长的振幅成像；
AFM 形貌与化学成像同步关联，实现"结构—化学"的一一对应；
支持原位测量，可追踪反应过程中界面与表面的动态演化；
区域化学分布近场光学图像，将离散光谱点扩展为"纳米尺度化学地图"。
图2 纳米红外成像光谱仪
总而言之，AFM看形貌分布；FTIR看化学组成；nano-FTIR看纳米尺度的化学分布。这一"从单点指纹到化学地图"的能力跃迁，正是连接诺奖级化学问题与真实材料表征的桥梁。
与催化研究的契合点：从位点识别到机理阐明
催化性能由活性位点的局域化学状态决定，而 nano-FTIR 的测量尺度（<20 nm）恰好覆盖单个纳米颗粒、颗粒边缘/角点、金属—载体界面等关键结构单元。这使得三类催化核心问题首次可以被直接"看见"：
位点—活性关联：将催化活性直接定位到具体空间位置（如颗粒边缘低配位位点），微观上阐明构效关系；
反应中间体追踪：在原位条件下识别局域反应中间体与产物，判断反应路径及其空间均匀性；
失活与毒化机制：定位中毒发生位置，解析不同硫物种、氧化态与表面结构的关系，揭示颗粒间乃至颗粒内的失活非均匀性。
Neaspec nano-FTIR部分应用案例
固态电池：Nature Communications 13, 1398 (2023)
nano-FTIR表征石墨烯/固体聚合物电解质界面反应，明确了初始状态化学组成纳米尺度的异质性是导致锂金属不均匀沉积的基础，并进一步影响界面在电化学过程中形貌和结构的演化。
锂空电池：Adv. Energy Mater. 2021, 2101884
原位nano-FTIR不仅能够识别电极表面的化学组成，还能将化学信息推进到纳米尺度，表征电极界面处DMSO2，LiHCO2等产物，从而判断局域反应产物及其空间均匀性，为研究电池界面反应和电解液稳定性提供了新的手段。
有机催化活性位点 Nature, (2017), 541, 511
nano-FTIR在单个Pt/Au纳米颗粒上原位映射表面分子的氧化还原反应，发现了纳米颗粒边缘的低配位金属位点比中心高配位区域具有更高的催化活性，实现了催化活性与具体空间位置的关联，从而微观上实现对反应机理的阐述。
CO2电催化还原 Nature Catalysis, 7, 422–431 (2024)
对Ag纳米粒子演化的原位监测，通过近场nano-FTIR综合振幅图像与TEM图像配合，验证了Ag纳米粒子分布及配位体中间膜形成的反应机制。
催化硫中毒：J. Am. Chem. Soc. 2022, 144 (19): 8848–8860.
nano-FTIR揭示催化剂中毒位置及中毒机理，解析Pd/Al₂O₃催化剂的硫中毒，识别不同硫酸盐物种及其与Pd氧化态、表面结构之间的关系，并揭示不同颗粒甚至同一颗粒内部存在显著的中毒非均匀性。
催化产氢：ACS Catal. 2021, 11, 9875−9884
nano-FTIR对单个Au纳米颗粒不同位置进行原位化学表征，揭示H2在Au/氧化物界面解离后，H原子可以在Au颗粒内部长距离扩散，使氢化反应并不局限于金属-载体界面。
小结：neaspec nano-FTIR让化学表征从“是什么”到“在哪里”
从2026年诺贝尔化学奖所关注的分子手性，到今天的纳米尺度材料研究，重要的化学信息，往往隐藏在微小的差异之中。分子的手性、催化剂的活性位点、聚合物的相界面和电化学界面的局部环境等都可能决定样品最终的宏观性能。
现代化学表征正经历从：“样品平均组成”向“样品成分分布”再向“纳米尺度上动态演化” 的范式转变。
neaspec将表征从分子指纹扩展到纳米尺度化学地图：让我们不仅看到材料的形貌，也看到隐藏在纳米尺度中的化学，看到每一个活性位点、每一处界面、每一次中毒与再生的真实过程。
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