俄勒岡大學的研究人員使用原子力顯微鏡，電極頭的直徑比人的頭發小1,000倍，俄勒岡大學的研究人員實時確定了納米級催化劑如何收集半導體中光激發的電荷。

如《自然材料》雜志上的報道，他們發現，隨著催化顆粒尺寸縮小到100納米以下，激發的正電荷(空穴)的收集變得比激發的負電荷(電子)的收集更為有效。這種現象可防止激發的正電荷和負電荷重新結合，從而提高了系統效率。

教授Shannon W. Boettcher教授說，這些發現為改進利用光來制造化學藥品和燃料的系統打開了大門，例如通過將水分解成氫氣或將二氧化碳和水混合以生產碳基燃料或化學藥品。在UO的化學與生物化學系任教，并是該大學材料科學研究所的成員。

Boettcher說：“我們發現了一種設計原理，該原理指出，由于界面處的物理性質，使得催化顆粒的尺寸非常小，這可以提高效率。”“我們的技術使我們能夠以納米級的分辨率觀察激發電荷的流動，這與使用催化和半導體成分制造氫的設備有關，當太陽不發光時，這些氫可以存儲起來供使用。”

在研究中，Boettcher的團隊使用了一個模型系統，該模型系統由定義明確的單晶硅晶片組成，該晶片上涂覆了不同尺寸的金屬鎳納米粒子。硅吸收陽光并產生激發的正電荷和負電荷。然后，鎳納米粒子選擇性地收集正電荷，并加快這些正電荷與水分子中電子的反應，將其拉開。

Boettcher說，以前，研究人員只能測量在這樣一個表面上移動的平均電流以及光照射到半導體時產生的平均電壓。為了更仔細地觀察，他的團隊與UO原子力顯微鏡的制造商Bruker Nano Surfaces進行了合作，該技術通過輕敲尖銳的尖端(就像盲人輕敲拐杖一樣)來成像表面的形貌，從而開發出測量所需的技術納米級的電壓。

當電極頭接觸到每個鎳納米粒子時，研究人員能夠通過測量電壓來記錄空穴的堆積，這類似于測試電池輸出電壓的方式。

出乎意料的是，在裝置工作時測得的電壓在很大程度上取決于鎳納米粒子的尺寸。小顆粒能夠更好地選擇收集激發出的正電荷，而不是產生負電荷，從而降低了電荷復合的速率，并產生了更高的電壓，從而更好地將水分子分開。

Boettcher說，關鍵是鎳納米粒子表面的氧化會形成勢壘，就像山谷中的重疊脊一樣，可以防止帶負電的電子流到催化劑并消除帶正電的空穴。這種效應被稱為“夾斷”現象，據推測會在固態設備中發生數十年，但從未在形成燃料的光電化學系統中直接觀察到。

該研究的主要作者Forett Laskowski說：“這項新技術是研究電化學環境中納米尺度特征狀態的一種通用方法。” Forett Laskowski是美國國家科學基金會Boettcher實驗室的研究生。“盡管我們的結果對于理解光電化學能量存儲很有用，但該技術可以更廣泛地應用于研究主動運行系統(例如燃料電池，電池甚至生物膜)中的電化學過程。”