一个国际科学家团队首次利用软X射线自由电子激光FLASH并结合理论计算的方法，在氧化物光催化剂表面，对诱导一氧化碳转化为二氧化碳的光进行实时研究。他们发表在ACS Catalysis杂志上的成果显示，一氧化碳到二氧化碳的光转化发生在超快光学激光脉冲触发反应后的1.2到2.8皮秒之间。

光催化剂能促进由光触发的化学反应，具有一系列潜在的应用，包括空气和水净化以及自表面清洁。为确保能够有效使用光催化剂并优化其性能，了解活性光催化剂表面上的早期光动力学至关重要。

二氧化钛是最具工业应用前景的光催化剂之一。目前该研究小组利用FLASH自由电子激光的超短激光脉冲对其进行研究。将二氧化钛暴露在一氧化碳和氧气的混合气体中，将波长770纳米的光学激光与FLASH飞秒X射线激光脉冲同步。光学激光脉冲触发一氧化碳的光催化氧化过程，而FLASH脉冲则被用于实时研究表面上的反应动力机制，利用FLASH的超导射频加速器技术，能够在皮秒时间尺度上直接实时跟踪光反应。

利用软X射线光电子能谱，可以较高的表面灵敏度识别单个化合物。通过收集光反应触发后特定时间内的一系列光电子能谱，该团队得以监测光电子能谱的演变，并观察新化合物的形成瞬态。该小组在研究结果基础上进行假设，在光照后最初的1.2皮秒内，发生氧活化过程，电子从氧化钛表面转移到吸附在表面的氧分子上。在光照后1.2到2.8皮秒之间，观察到由一氧化碳氧化而成的二氧化碳。

不来梅大学计算材料科学中心（BCCMS）和马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的科学家合作进行理论预测，氧吸附在光催化剂表面导致电荷转移复合物（charge transfer complex）的形成。这意味着在光子能量为1.6 eV（770 nm）的激光照射下，电子从二氧化钛直接转移到吸附于其表面的氧气上，可以触发反应。

研究可能开辟一条新的研究途径，即利用软X射线自由电子激光研究催化剂表面光反应关键的第一步，这也是汉堡超快成像中心卓越集群的研究课题之一：先进的物质成像技术。