隨著材料學的研究逐漸向深度發(fā)展，研究者們迫切需要對材料的作用機理，結(jié)構(gòu)變化及影響其性能的因素進行更深入的研究。然而，傳統(tǒng)的非原位（ex-situ）研究方法已經(jīng)無法滿足當下的需求。以催化領域為例：研究者常借用多種表征手段以及儀器來了解催化劑的結(jié)構(gòu)，從而更好地構(gòu)建催化劑結(jié)構(gòu)與性能間的構(gòu)效關系。但傳統(tǒng)的非原位表征手段只能測試催化劑反應前后的狀態(tài)，無法實現(xiàn)過程中動態(tài)測試。近三十年來發(fā)展起來的原位表征（in-situ）技術，能夠利用不同的儀器設備針對特定的反應流程進行“在線”分析，作為一種通過特定的裝置，對物質(zhì)進行連續(xù)同步分析，最終得到一系列以時間或其它相關條件為參數(shù)的結(jié)果，實現(xiàn)對物質(zhì)反應過程變化的分析的技術，具有動態(tài)、實時以及直觀等特點。同樣以對催化劑的研究為例，它能夠?qū)Υ呋磻M行瞬態(tài)反應研究，所得結(jié)果對催化劑的選擇與設計有著不可替代的促進作用。此外，利用原位表征手段，我們可以對化學反應的過程、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及形態(tài)等進行實時觀察，得到諸如反應中間體等信息，這有助于研究者對反應機理的分析，從而推動化學和材料學的進一步發(fā)展。參閱近年來在材料、催化以及儲能等領域發(fā)表的頂刊，不難發(fā)現(xiàn)，其中大多數(shù)都利用了原位表征手段對研究對象進行深入的研究。圖1展示了幾種比較常用的原位表征手段，主要包括原位紅外、原位拉曼、原位X射線衍射以及原位透射等。接下來，我們對各種原位表征手段進行簡單的概括說明，同時列舉部分典型的文獻實例進行分析。

　　紅外光譜技術是現(xiàn)今科研工作者最重要的分析技術手段之一，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段，用于測定樣品或反應體系隨時間、溫度、壓力及環(huán)境變化而變化的規(guī)律。與其它方法相比較，它最大的優(yōu)勢在于可以在選擇合適制樣方式的條件下測定在任何狀態(tài)下的樣品，包括液體、溶液、粘稠狀樣品、粉末、膜、纖維以及氣體等。由于分子能選擇性吸收某些波長的紅外線，從而引起分子中振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，因此可以檢測出紅外線被吸收的情況，得到物質(zhì)的紅外吸收光譜，該光譜又被稱為分子振動光譜或振轉(zhuǎn)光譜。原位紅外技術在催化劑原位表征中占主導地位，借助原位紅外光譜，可以得到非常豐富的分子信息。該技術通常用于識別吸附原位拉曼光譜：（a-b）H2SO4，（c-d）(NH4)2SO4[4]的物質(zhì)，并且可以觀測微觀吸附范圍，同時可以在動力學研究中跟蹤其隨時間的變化規(guī)律，被廣泛應用于催化劑表征（吸附態(tài)、固體表面酸性、活性中心）研究、反應動力學研究，以及聚合物反應動力學、結(jié)晶動力學、固化動力學以及熱穩(wěn)定性、樹脂老化研究。董帆教授課題組通過原位紅外證實，由于Bi2O2CO3光催化劑{110}和{001}面上原子排列的差異，Bi2O2CO3-001在吸附活化過程中使NO轉(zhuǎn)化為NO-或順式N2O2 2-，而Bi2O2CO3-110則誘導NO吸附活化為NO+或N2O3。不同的吸附活化路徑將影響光催化去除NO的效果。