直接可视化单个催化剂晶体中分子和活性中心在化学转变过程中的时空演化将促进对多相催化的直观理解。在过去的几十年里，各种光谱方法的进展使得在单个催化剂晶体或颗粒尺度上可视化活性位、孔结构、分子传输和吸附、化学转变和热效应成为可能。共聚焦荧光显微镜（CFM）在生命科学中显示出巨大的潜力，其能够捕捉单个共轭大分子在催化裂化催化剂颗粒的中孔和大孔中的运动轨迹，以及甲醇制烯烃和催化裂化反应中模型沸石晶体（大于40μm）中碳物种的时空演化。然而，基于小分子(例如烯烃和烷烃)的时空分辨演化，以及在工业催化过程中通常遇到的微米催化剂中酸中心的无探针测量，仍然是一个巨大的挑战。

近日，中科院大连化物所叶茂研究员，刘中民院士报道了协同结合多尺度反应扩散模拟和时空分辨SIM光谱等测量技术，通过深度数据方法，可视化了SAPO-34沸石上MTO反应中气体分子、碳物种和酸活性位的时空演化。更重要的是，可以清楚地显示MTO反应过程中在单个沸石晶体尺度上的反应和扩散的动态过程。

文章要点

1）研究人员直接阐明了在工业MTO反应过程中活性位点和物种的不足以及快速失活两个关键难题。这表明深度数据方法可以有效地用来理解单一催化剂规模的多相催化过程。因此，通过深度数据方法可以充分利用已建立的理论模型和专门开发的实验技术的优点，特别适用于仅靠模拟或实验无法获得反应过程的完整图像的广泛应用。

该研究有望引发人们对可视化方法与模拟相结合的关注，以通过深入的数据方法来理解多相催化剂中分子和活性中心的演化。

Gao, M., Li, H., Liu, W. et al. Imaging spatiotemporal evolution of molecules and active sites in zeolite catalyst during methanol-to-olefins reaction. Nat Commun 11, 3641 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-17355-6

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17355-6