一種新開發的催化劑通過在氧化鈰表面特定位置精確替換鈰原子，其性能比用於氧化一氧化碳的對照催化劑提升了九倍。這項研究由洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的研究人員主導，並與美國橡樹嶺國家實驗室及台灣國家同步輻射研究中心等其他研究機構合作。
催化劑是能夠促進化學反應的物質，通過加快反應速度或降低活化能來實現，且在反應結束後仍可用於進一步的反應，因此在化學工業中受到青睞，能夠實現成本效益高且高效的反應。
除了速度和效率，選擇性也是催化劑的一個主要特徵，因為它能促進特定反應，提高反應速度並減少浪費。傳統上，催化劑是通過同時處理數百個原子來製造的。然而，研究人員正在探索更具選擇性的方法，精確操控單個原子以提高催化劑的選擇性行為。
研究人員在伯克利實驗室開發了一種新工藝，允許將鈰原子選擇性地替換為鉑原子。這一過程提供的選擇性相當高，研究人員將其比喻為在戒指結構上鑲嵌一顆鑽石。
隨後，鉑-鈰結構被供應氫分子，與鈰形成新的鍵結。為了驗證這些行動是否產生特定影響，研究人員還製作了一個對照催化劑，該催化劑的鉑原子隨機分佈，且未供應氫分子。
為了驗證這兩種催化劑的性能，研究人員進行了兩個獨立的反應。一個是將一氧化碳（CO）氧化成二氧化碳（CO2），另一個則是從丙烷中去除氫以生成丙烯，丙烯用作塑料工業的原料。
在第一個反應中，該催化劑的氧化速度比對照催化劑快了九倍。在第二個反應中，該催化劑在將丙烷轉化為丙烯的過程中選擇性提高了2.3倍。
伯克利實驗室的研究科學家Ji Su在新聞稿中表示：「我們的研究提供了對這些先進催化劑的化學結構、反應機制和性能的深入見解。」
這項研究為催化劑設計的新時代奠定了基礎，並有潛力顯著提高廣泛化學工業和環境應用的生產效率。
儘管這項研究提供了新催化劑的製造、結構及其化學和物理特性的全面圖景，但這些發展的實現離不開美國及其他地區多個研究機構的合作。
美國能源部的科學辦公室開發的先進光源和分子工廠兩個主要用戶設施，幫助創建了催化劑表面鉑插入的高分辨率圖像，並進行了原子結構和反應路徑的模擬。
橡樹嶺國家實驗室幫助表徵鈰和氫的鍵結，而台灣的國家同步輻射研究中心則幫助研究人員更好地理解晶體結構。
研究結果已發表在《科學》（Science）期刊上。
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