具有良好润湿性的材料，如左图所示，水滴平摊着，往往有羟基附着在表面，抑制催化活性。疏水性材料，如右图所示，在液滴形成尖的陡峭的边界，更有利于催化活性，在如图所示橙色小分子间的反应。（图片来源：Illustration: Xiao Renshaw Wang）

在材料表面发生两种重要的物理现象：催化和润湿。催化剂提高化学反应速率；润湿是指液体怎样分布在表面。

目前，麻省理工学院和其他机构的研究人员发现，这两种被认为是不相关的过程，事实上密切相关。这一发现可能使人们更容易为特定应用找到新的催化剂，以及其他潜在的益处。

“真正令人兴奋的是，我们已经能够把表面的水和氧化物在原子尺度上的相互作用与润湿的宏观测量关联起来，表面是否疏水或亲水，直接与催化特性相关联，”麻省理工学院W.M. Keck能源教授兼论文资深作者Yang Shao-Horn说，在发表于《Physical Chemistry C》期刊的论文中描述了的研究结果，研究集中在一类被称为钙钛矿的氧化物，在气体传感、水净化、电池和燃料电池等方面应用令人感兴趣。

因为确定表面润湿性是“非常容易的，”机械工程副教授和资深作者Kripa Varanasi说，现在可确定预测材料作为催化剂的适用性。因为研究人员专门从事润湿或催化领域，这为这两个领域的研究人员构建了一个框架，共同努力促进理解，Varanasi说，他的研究主要集中于润湿性；Shao-Horn是催化反应方面的专家。

“我们展示了均为表面现象的润湿和催化，是相关的，”Varanasi说，“以及电子结构如何形成两者间的联系。”

虽然两种效应在一系列工业过程中是重要的，并且成为许多研究的主题，“但在分子水平上，我们对界面上发生了什么，了解得很少，”Shao-Horn说。“这是一个进步，让我们在分子水平上也有所理解。”

“它主要是一项实验技术”，使新的理解成为可能，麻省理工学院的研究生兼论文的第一作者Kelsey Stoerzinger解释说，。大多数试图研究这些表面科学使用仪器需要真空，而该团队使用的设备可以研究在潮湿空气、室温和不同程度的水蒸气条件下的反应。实验使用的系统，被称为X射线光电子能谱，揭开水的反应是整个过程的关键，她说。

水分子分裂形成羟基，一个氧原子连接一个氢原子构成，绑定在材料表面。这些活性化合物，反过来，负责增加表面的润湿特性，同时抑制其催化化学反应的能力。因此，对于需要很高催化活性反应的应用，研究小组发现，一个关键的要求是，表面疏水，或不润湿。

“理想情况下，这种理解帮助我们设计新的催化剂，”Stoerzinger说。如果给定材料是“较低的亲水性，它会有更高的催化性。

Shao-Horn指出，这是首次发现，“这些规律能否延伸到更广泛的材料类和羟基的范围需要进一步研究。”研究小组已开始进一步探索这些领域。这项研究，她说，对于催化和润湿，“打开了我们思考材料和界面的空间”。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby    校正：摩天轮