多相催化剂把活性组分固定在一个载体上面，而且它的比表面积很大，比表面积大就可以负载很多活性颗粒，催化活性就可以提高上去。在这样的情况下，它的经济性特别好。而且它很稳定，很容易回收。可是它的劣势也出来了，通常来讲它的活性却是比较低的。更重要的是，它的机理就像一个黑箱子一样不清楚，机理不清楚，就没有办法做到指哪打哪。
为了提高它的活性，一个做法就是把活性组分做的越来越小，很多化学反应都是在表面的反应，如果拿一块黄金，可能很难反应，可是如果把它切的非常细小，甚至是纳米颗粒，很多新的性质就展示出来了，所以一旦把这些金属的活性组分变成纳米颗粒之后，很多神奇的现象就发生了。比如刚才讲到的金，如果把金做成那么小的颗粒之后，把它放在载体上面，它就有非常好的催化活性。我们就把它叫成尺寸效应。其实不仅仅是尺寸效应，把这些颗粒做成不同的形状，它也有不同的效应，得到不同的催化效果。除此之外，把尺寸做小之后，还有载体、界面、组成效应很多很多。
下面给大家举个例子，为了把这些小的颗粒看清楚，我们可以借助电子显微镜。大家看一下，这每个亮点就是一个金颗粒，在电子显微镜下面，可以把它看得蛮清楚。这是二十年前的技术水平，现在我们不仅仅看到了这些颗粒，还看到了这个颗粒长得有模有样，有一些形状，表面并不是左边图中看到的球形。除了这上面的颗粒，下面还有一个原子或者几个原子堆叠在一起。
我们二十年前一直以为当时看到的那些纳米颗粒就是真实的催化中心。但是眼见一定为实吗？
如果我用化学的方法，把二十年前我们看到的这些颗粒全部刻蚀掉，如果再用二十年前的电镜看这个催化剂，就什么亮点都看不到了。可是，这个时候我再做一个原来的反应——水煤气变换反应，它的活性竟然和刻蚀前一模一样。大家有没有一种被骗的感觉？其实对于化学家而言，眼见不一定为实。因为我们缺乏一个有效的眼睛，能够看清楚我们想看的东西。
如果你在原子分子水平上去看，你会发现上面的结构，有顶点、有棱、有面，在这上面反应一样吗？从化学的角度来讲应该是不一样的，因为结构特征完全不同。这就意味着也许在它的顶点，产生我们想要的东西，在棱上、面上，就是我们不想要的东西。但是没有办法控制它，又没有办法把不想要的路径阻断，所以这就产生了污染。
讲完这个例子，大家有没有感觉像瞎子摸象？刚才看到的纳米颗粒，好比是摸到的一堵墙，于是我就说我摸到的这堵墙好，我把看到的跟最后的效果相关联起来，但没有一个真正有效的手段能够直接看到到底是什么在发挥作用。
为了突破瞎子摸象的情况，在过去几十年我们科学家也是非常努力的。
两种策略
第一种做法就是，把“象”都做的一模一样，用一个非常规则的表面去模拟催化剂，也就是说可以通过控制表面，看原子堆叠的怎么样。再看不同堆叠的催化剂的表面，它的催化活性怎么样，然后就可以得出结论：这个表面最好，那个表面不好，以后你要做，就做这个表面。这就是基于表面科学的研究。
这个研究虽然在2007年获得诺贝尔奖，但是还是被诟病的。因为在实际体系中，纳米颗粒非常小，这意味着上面有很多特征。你不能光看着大象的侧面很平很大像一堵墙，就用一堵墙来模拟它，大象还有尾巴呢。所以表面科学研究出来的结果在实际体系里面不一定适用。还有就是，表面科学研究中用的单晶催化剂比表面积非常小，但是在实际体系里面催化剂的金属比表面积是非常大的。表面科学研究中为了检测物质在非常小的比表面积上相互作用的方式，通常会用到高真空的技术，可是实际应用的催化剂，都是在常压甚至在高压情况下反应的。所以存在两个鸿沟。
因为纳米材料的出现，所以人们就发展了第二种策略，做成一模一样的催化剂。比如说，这个催化剂里面全是长成这样子的纳米颗粒，另外一个催化剂是另一个样子，让这两种样子的催化剂去催化反应，发现第一种催化剂效果特别好，就可以说明这个反应里面这个样子的催化剂是最好的。采用这样一个策略，比如杨培东老师的一个工作，杨培东老师对二氧化碳的转化特别感兴趣，他会用到二氧化碳转化的一个催化剂，这个催化剂可以把二氧化碳变成一氧化碳或者变成其他有用的化学品。但是在水里面，这个催化剂也可能把水变成氢气。这里面的催化剂，就做的一模一样，但是这些只是看上去一模一样，里面却可能不同。这里面有黄金和铜，有一些是杂乱无章排列在一起。而有一些，比如有带孩子的，就是孩子坐中间，老爸老妈坐旁边这样排列下去，所以排列情况是不一样的。他就发现排列情况影响到它的性能，这很漂亮，它就排除了尺寸效应，就告诉你只跟排列有关。
