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主题：【原创】从ERTL赢得2007化学炸药奖浅谈今日的表面化学 -- xman
今日的表面化学--引言 (1)
Gerhard Ertl (格哈德·埃特尔)终于为表面化学赢得了一个炸药奖。上一次和表面有关的炸药奖是 Irving Langmuir 在1932 年因为表面吸附研究而得的化学奖。可能有人会说 Langmuir 是因为真空研究而得的炸药奖，但我认为主要是他的 Langmuir 等温吸附的研究成果。看看ACS的表面化学杂志的名称叫什么? Langmuir! 所以说 Langmuir 得炸药奖是因为表面科学而非真空科学。 Langmuir 的博士导师是德国哥汀根大学大名鼎鼎的Nernst (能斯特)。搞化学的人没有不知道Nernst方程的吧。如今还在世的表面化学三大牛人是谁? 1、Fritz-Haber 的 Gerhard Ertl；2、University
of California at Berkeley 的 Gabor Somorjai; 3、Cambridge 的 David King。ERTL 的主要贡献是研究HABER-BOSCH 反应，也就是氮气和氢气在铁催化剂帮助下合成氨气。SOMORJAI 的主要贡献是研究碳氢化合物(或有机物)的加氢和脱氢反应。KING的
主要贡献是研究氮氧化合物(NOx)的生成和还原。除他们以外基本上美国前二十名的大学每一个化学或化工系都有一个搞表面化学的教授。例如(不完全列举) HARVARD的FRIENDS，MIT的CEYER，CALTECH 的NATHAN LEWIS， UT-AUSTIN的WHITE (今年八月刚刚去世，老一辈科学家的典范和楷模)，TEXAS A&M的GOODMAN。虽然他们都个自有个自的专长和领域，但他们都是研究气-固两相(和少许的固-固)的界面反应。表面是一个凝聚相和另一个物相的分界面。所以气体是没有表面的，只有固体和液体才有表面。表面的化学，物理和工程统称为表面科学。表面工程很好理解和区分于表面化学和物理，它的目的是在表面上制造或修造出所需的一种或多种的结构和性能。
例如不沾锅的抗粘联层的制作和修复。近年来因为微电子机械器件(MEMS)的突飞猛进，表面工程也非常红火。表面化学和物理区分有时很明确，有时却十分模糊。一般而言，凡是有化学键的断裂就可以明确的归于表面化学了(那个搞低温扫描隧道显微镜的，别以为用针尖断了几个化学键就成化学家了，你还是属物理的，我这儿说的是自发断裂，别跟着搅和)。但是有新键形成的表面现象却有可能是物理或是化学。非常主观的，20kJ/mole或0.2eV是一个分界线，键强于此归属化学，弱
于此归属物理。正因为如此，表面化学是物理化学的一个分支。表面化学家常常越境做起来表面物理了，此时他们会开玩笑地说"We are physicists without licenses" (我们是没有执照的物理学家)。
喝口水先、、、
土鳖抗铁牛
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兄弟在哪里奋斗？somorjai我看还不错，ceyer我也是很欣赏的，但是goodman就觉得有点老套了
我毕业已经有一阵子了。本来想做一些液-固表面的手性反应研究，可惜时不于人，如今在一个MEMS STARTUP的R&D 作工程师。兄弟你呢?
哪位来写物理、还有经济学， 文学奖呢？
老兄说的是不是 A.Goodman Gilman？记忆中是药化和药理学的牛人啊，怎么突然间到表面化学里插一杠子？
老兄你、你、你太不厚道了，你怎么能这样破坏我偶们心中大牛们的光辉形象呢！
这是谁啊, Wilson Ho?
姓的是这个姓。
气固相界面反应的大牛。
这个月底补上，中不中？
给你十个通宝，您老先小声点说话好不好？
今日的表面化学(2)--表面的特殊性
河里做"表面文章"的看样子还不少，说起来GABOR，SYLVIA， WILSON，WAYNE都有人
知道。不如大家都来写写他们的故事如何? 书归正传。前面一节说到表面是一个物
相和另一个物相的分界面。在这一个分界面上的原子很不同于其他体相的原子。下
面是一个单晶硅的晶胞。这个晶胞中有三种原子。一种与四个红棍相连，一种与两
个红棍相连，还有一种只和一个红棍相连。每一个红棍代表着一个硅-硅化学键。可
以看出来，有四个键的硅原子在晶胞的里面是体相原子，有三个键的硅原子在这个
正方体的面上，只有一个键的硅原子在正方体的角上。所以呢，在表面上的原子和
体相原子相比和比较少的原子键合。从而造成他们的势能(或化学能)也比较高。
晶体是有晶胞重复组成。当晶体大时，在表面的原子比例就少；当晶体小时，在表
面的原子比例就高。以单晶硅为例，当晶体在一个微米大时，只有0.00004%的原子
在表面；而当晶胞缩小到一个纳米时，大约62%的原子都在表面! 在此情况下，这个
晶体(或微观粒子)的性能就只能由表面原子决定了。这也就是为什么SOMORJAI说"Today
at least half of silicon valley companies are dealing with surface problems.
With the size of microelectronic devices keeping shrinking, I would expect
more and more companies will have to support surface science studies." (如
今硅谷至少有一半的公司正在解决表面相关的问题。随着微电子器件尺寸的不断缩
小，我预计越来越多的公司不得不支持表面科学研究)。注意他说的是表面科学而非
表面化学，你要是学表面化学毕业后找不到工作，别来怪我。请参考前一节与于区
分。除了稀有气体以外，原子都喜欢和其他的原子键合在一起。至于要和多少原子
键合，取决于原子本身的电子结构和尺寸。以硅为例，它喜欢和另外四个在一起。
形像的比喻，一个硅原子有四肢。如果它的四肢都抓到东西了，它也就消停了。那
在表面的硅原子怎么办，它就会挥舞着胳膊四处乱抓。在非真空条件下，这一个抓
就是吸附。在真空条件下实在抓不到时，两个原子背对背也会抓在一起，从而扭曲
了原本的表面结构，这就是表面重建(SURFACE RECONSTRUCTION)。有时这抓的力量
是如此的强大，会使原本十分稳定的分子都破裂，从而使得原本很慢的化学反应加
快。例如氢气和氧气在室温无光的条件下不反应，但当有白金存在时就会有剧烈的
爆炸反应。这就是因为氢气和氧气在白金表面会分解成氢原子和氧原子吸附在铂原
子上--一个崭新的反应通道打开了。这一类反应被称多相催化反应。
当Si晶粒小到一个纳米时，大约62%的原子都在表面？ 1nm的si晶粒它也有3个原子层，还算是晶粒吧。
说起Wilson那可是做LT-STM的The MAN。他的研究兴趣在乎Electronic band structures 和 Vabritional Spectroscopy。我非常尊敬他研究和为人，虽然我真不理解他的IETS怎么能研究常温反应。我对他的评价只有一个词Humble. Solute!