固体表面化学(陈春华).pdf

第十章 固体表面化学 第一节：引言 ? 任何凝聚态物质都具有表面或界面。 ? 界面(interface) 表面(surface) ? 密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子的厚度)称 为界面，如果其中一相为气体，这种界面通常称为表 面。 凡是在相界面上所发生的一切物理化学现象统称为 界面现象(interface phenomena)或表面现象(surface phenomena)，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气 过饱和、吸附作用等。 研究各种表面现象实质的科学称为表面化学。 1 表面的含义 严格地讲，“表面”应是液体或固体与其饱和蒸气 之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称 为液体或固体的表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。 2 界面实际例子 固-液界面： z Electrochemistry z Detergent action 固-气界面： z Catalysis z Thin Films 3 固体表面固体表面：物体与气体（或真空）真空）的界面。 固体表面固体表面可以指从一个原子层到几个原子层从一个原子层到几个原子层 厚度的表面层厚度的表面层，甚至深达几个微米的表面层。 在热力学平衡的条件下，固体表面的化学组化学组 成成、微观结构微观结构、原子振动状态原子振动状态等均会与固体内部 产生一定的差异。 4 Since it requires energy to terminate the bonding, the surface is energetically less stable than the bulk. This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension. 固体表面是固体材料防御（电）化学腐蚀或机械损伤的第一道防 线，因此需要表面钝化和表面处理来提高材料的使用寿命和机械强度。 另一方面，固体表面又是传质和电荷转移的发生地--界面，因此又 常常需要表面活化来加速过程。 5 e.g. LIB electrode; oxygen-permeable membrane 比表面积 一个表示多相分散体系的分散程度的物理量，定义为：单位 体积或单位质量的物质所具有的表面积。 表示为：as=A/V (1) 或 am=A/m (2) 式中A表示物质所具有的总表面积(m2)，V为物质的体积(m3)，m为 -1 物质的质量(kg)，as为单位体积的物质所具有的表面积(m )，am 为单位质量的物质所具有的表面积(m2/kg)。 ? 由于表面原子的特殊性，对于同一个化学反应，其在表面上 所需要的反应活化能往往是最小的，因此很多化学反应总是从 表面上开始发生，而且在表面上的反应速度也比在体相内快几 个数量级。