本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
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想象一下实时观看化学反应：原子与邻近原子断开键，并在热量或压力变化时形成新的排列。劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的科学家们在这些图像中几乎实现了这一目标。研究人员使用原子力显微镜捕捉到了一个大型碳氢化合物分子的前后对比图像——该分子由 26 个碳原子和 14 个氢原子组成——在温度从零下 270 摄氏度升至 90 摄氏度时，重新排列其形状。
一旦原子在高温下重新排列成更紧凑的结构，研究人员将温度降回零下 270 摄氏度，并使用原子力显微镜来观察他们所做的事情。原子力显微镜的工作原理是将单个分子在被观察物体的表面上移动；分子探针会被被观察分子的表面偏转。在本例中，一氧化碳分子探测了更复杂的碳氢化合物。正如您所看到的，结果让人想起化学教科书中熟悉的经典分子结构图，这是其他类型的显微镜或成像技术无法看到的。图像甚至揭示了原子之间键的强度以及其他信息。
这不仅仅是一个花招。如果化学家能够具体地看到分子如何重组自身，他们可能能够揭示一些催化的秘密——通过添加特定元素来加速或减慢的反应。在本例中，研究人员希望将大型碳氢化合物分子编织成纳米级碳奇迹材料石墨烯的薄片。他们可能还无意中揭示了有时神秘的催化艺术，并为化学打开了一扇新的窗口。