多孔材料，如沸石、金屬有機框架材料（MOFs）或共價有機框架材料（COFs）等，就像是微觀世界中的“分子旅館”。它們內部布滿了大小、形狀各異的孔道和空腔，能夠選擇性地“入住”各種氣體、溶劑分子或催化活性物種 - 這些被吸附或負載的物質，稱之為“客體”。主體（多孔骨架）與客體（填充物種）之間的相互作用，決定了材料在氣體分離、催化、藥物遞送等方面的性能。因此，想看清這些“客人”在“房間”里究竟如何排列、如何運動，是多孔材料領域科學家們長期以來所追求的圣杯。

近年來，低劑量相位襯度電子顯微技術的發展，使客體基團的實空間成像成為可能，并顯著推動了這一研究方向的發展。然而，現有相位襯度成像技術的常規實現方式，可能由于非理想的襯度傳遞而在孔道內部產生人為襯度偽影，從而削弱客體物種識別結果的可靠性。

據此，浙江工業大學朱藝涵教授、李小年教授與華南理工大學韓宇教授、大連化物所郭鵬研究員合作，發展了一種基于高斯變跡的單邊帶疊層成像（Gaussian-Apodized Single Side-Band Ptychography，GASSB-Ptycho）的成像新策略，實現了高保真原子級成像與多孔材料客體物種的精準識別。

2026年5月20日，相關工作以“High-Fidelity Identification of Guest Species in Porous Materials”為題在Nature上發表研究論文。第一作者是浙江工業大學22級本碩博一體化項目研究生馮啟龍，朱藝涵教授、李小年教授、韓宇教授、郭鵬研究員為通訊作者。同時該研究還得到了來自浙江大學、復旦大學、溫州肯恩大學、中科院物理所、上海光源等高校和研究機構相關團隊的大力支持。

在該研究過程中，解決問題的關鍵在于如何通過精準的信號處理獲得更合理的相位襯度傳遞，從而去除偽影并實現高保真成像。研究人員發現孔道偽影的來源是許多相位襯度成像方法在頻率空間中具有類似“帶通”形狀的相位襯度傳遞函數。這將造成實空間點擴散函數中心主瓣周圍出現旁瓣，從而帶來原子周圍的振鈴狀波紋信號，這些信號相互疊加形成了孔道中的偽影。以具有典型帶通型傳遞函數的相位襯度成像方法 - 單邊帶疊層成像方法（Single Side-Band Ptychography，SSB-Ptycho）為例，無論是模擬還是實驗成像數據，都在具有MFI結構的ZSM-5分子篩孔道中出現了偽影，而偽影的強度、形狀與分布與匯聚角、殘余像差等成像條件緊密相關，更讓這種效應難以被輕易辨別。值得注意的是，基于相似的原理，對電鏡圖像使用帶通濾波器也會產生類似的孔道偽影。在充分認知成像機制的基礎上，研究人員在單邊帶疊層成像方法中引入了高斯變跡技術（Gaussian-Apodization），通過非線性頻域加權信號處理，在不犧牲分辨率的前提下構建頻域高斯低通型襯度傳遞，完美消除了實空間的孔道偽影現象。

利用該新型成像方法，研究人員成功地在Co-ZSM-5等重要催化劑體系的電子顯微成像中消除了偽影，并實現孔道含氧Co物種的精準辨識，從而獲得關于物種類型（單核/雙核）、空間分布等關鍵結構信息，為建立催化活性中心模型提供認知基礎。同時，相關物種辨識的可靠性還通過旋進增強三維電子衍射、雙束電鏡-飛行時間二次離子質譜聯用技術（FIB-TOF-SIMS）等一系列衍射、譜學前沿表征技術在不同空間尺度和信息模態上獲得了實驗驗證。

圖1. 基于高斯變跡的單邊帶疊層成像原理

圖2. 標準SSB與GASSB型圖的實驗比較

圖3. Co-ZSM-5的表征

圖4. Co-ZSM-5中鈷的種類鑒定

總之，揭示了部分相位襯度電子顯微成像過程中產生非本征襯度的物理機制，發展了高保真原子級分辨的電子相位成像技術，能夠在主客體化學結構表征等多種重要場景獲得廣泛應用。近年來，聚焦科學工具本身（如科學儀器、軟件、方法等）的前沿研究越來越被重視。作為客觀世界與主觀認知之間的關鍵通道，以及不同學科之間的重要橋梁，科學工具在發展和推廣過程中往往不可避免地逐漸走向黑箱化，在許多領域形成了觀測客觀性、方法普適性與主體遷移性的當然預設。本研究提出了科學工具本身在部分場景應用中可能存在“偏見”的重要啟示，這對工具使用者提出了元方法論的更高要求。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10527-2

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