自1901年首届诺贝尔奖创立以来,这个举世闻名的世界顶级奖项已经走过了百年路程。2007年10月,新一轮诺贝尔奖得主揭晓,来自美、德、英、法四国的6名科学家分享了化学奖、物理学奖、生理学或医学奖三项大奖。这是全世界人民给予这些杰出精英们的最高荣耀。
化学奖解读:深入探索“表面工作”
2007诺贝尔化学奖颁给了德国马普学会弗里茨-哈伯(Fritz-Haber)研究所的格哈德·埃特尔(Gerhard Ertl)教授,以表彰他在“固体表面化学过程的研究”中开拓性的成就。但委员会的公告同时强调:与通常的做法不同,选择埃特尔并不是因为他研制出某种特定的工具、技术或某个发现,而是因为他在表面化学领域长期执着的努力和贡献,在这一学科中逐步建立了科学研究的方法学,为固体表面化学研究奠定了科学基础。
那么,什么是表面化学?物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。在两相界面上所发生的一切物理化学现象统称为界面现象或表面现象,而研究各种表面上化学过程的科学称为表面化学。
当气体中的小分子撞击固体表面时,分子可能仅仅被弹起或者被表面吸附,后者又将带来不同的结果。一种可能是,分子直接在表面上解离;还有一种可能是,分子可以和表面官能团发生反应,从而改变表面的化学性质;第三种可能是,被吸收的分子遇见了另一个先前被吸收的分子,于是在表面进行化学反应。这些与表面相关的现象在我们生活中无处不在。
比如,你经常看到生锈之类的腐蚀现象,而腐蚀正是由于金属表面的化学反应所致,这对于人们的日常生活以及更复杂的工业环境,比如对核能工厂和飞机而言,都是一个很重要的问题。腐蚀所带来的损害能够通过改进物体表面的成分加以改进,一层在空气中形成的氧化膜就可以保护它们。
在微电子产业中,大多数薄层半导体是通过化学气相沉积法(CVD)生产的。这种方法将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后相互之间发生化学反应,形成一种新的材料沉积到晶片表面。
非常清楚,在众多具有显著经济意义、将化学知识运用于实际问题的解决方案中,表面化学都扮演了一个重要的角色。
一个世纪以来,各种各样的催化反应已经成为化学工业中的重要过程。虽然人们明白某些催化剂能催化一个反应过程,但却没有人知道为什么会这样,催化过程每个步骤的机制是什么,以及有什么方法能改进它。埃特尔所做的基础工作,就是让人们认识这些反应的真相。
上世纪初,合成氨催化剂的发现不仅启动了现代化学工业,也宣告了现代农业的到来。哈伯-博施过程能够将空气中的氮通过铁粉催化反应转化成农作物能够吸收的氨,为此,德国化学家哈伯获得了1918年的诺贝尔化学奖。但是那时还没有关于表面化学的研究,氮气分子发生在铁催化剂表面上的化学反应过程人们也并不清楚。
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