化学反应的关键步骤往往转瞬即逝，制约了药物与材料合成的优化。发表于《国家科学评论》的研究利用石墨烯基单分子器件，以纳秒分辨率（比现有技术快1000倍）“拍摄”单个分子的反应过程。
该技术捕捉了Morita-Baylis-Hillman（MBH）反应中曾不可见的中间体，表征了质子转移的两条路径：协同“质子梭”路径（动力学占优）和逐步酸碱路径（热力学占优），澄清了反应过程中质子转移的机制争议。同时，也意外观测到了单分子尺度下反应的振荡，揭示了在分子尺度上涌现的复杂性。
在此基础上，施加电场使反应周转循环提升至每秒5000次，效率大幅提升。通过集成的分子芯片，团队1小时内合成多种化合物，并可通过质谱表征验证，为节能高效的“芯片上合成”奠定基础。
通讯作者郭雪峰教授表示：“这如同给分子安装高速摄像机，通过直接观察反应动力学将助力理性设计绿色合成路线。”