Chapter 8 固体表面化学(b-w).pdf

第八章固体表面化学 第一节第一节 ：：引言引言 • 任何凝聚态物质都具有表面或界面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密切接触的两相之间的过渡区 ((约几个分子的厚度约几个分子的厚度)) 称为界面，如果其中一相为气体，这种界面通常称为 表面表面。。 凡是在相界面上所发生的一切物理化学现象统称 为为界面现象界面现象 ((interfaceinterface phenomena)phenomena)或或表面现象表面现象 (surface phenomena)，如毛细现象、润湿作用、液 体过热体过热、、蒸气过饱和蒸气过饱和、、吸附作用等吸附作用等。。 研究各种表面现象实质的科学称为表面化学。 1 研究表面的困难 1. 表面上原子的密度比体相中原子密度小得多； 2. 要获得仅有几个原子层厚度的表面原子的行为信 息需要高度灵敏的检测设备和手段息需要高度灵敏的检测设备和手段；； 3. 暴露在大气中的固体表面上总是吸附着各种各样 -6 的杂的杂质(在在10 mmHg的高的高真空空下，在表在表面上覆盖覆盖一层气气 -8 体分子仅需要1s，而在10 mmHg的超高真空下，需要 -9 -10 100s)，只有在10 -10 mmHg的超高真空下，才可以 认为固体表面是纯净的认为固体表面是纯净的，也才有可能获得表面原子的也才有可能获得表面原子的 真实信息。 2 对固体表面的认识包括三个方面 1) 表面的热力学：反映的是表面原子性质的集合， 包括包括表面自由能表面自由能、表面的吸附表面的吸附、蒸发和蒸发和生长过程生长过程、 比表面、表面的浸润等性质，这是经典的表面化 学的内容学的内容。。 2) 表面的原子结构：研究的是表面原子的有序排布 以及其中的各种缺陷，以及它们与表面性质的关 系。 3)表面的电子结构：由于晶体点阵在表面上突然被切 断断，造成了晶体表面上电子分布的特殊性造成了晶体表面上电子分布的特殊性。表面表面 电子结构影响并规定着表面原子的电离、电子发 射射、、电荷迁移电荷迁移、、表面原子与吸附分子间的化学键表面原子与吸附分子间的化学键 以及表面上化学反应等方面的性质。 3 固体表面和液体表面的异同 与液体表面相比，固体表面的分子（原子、离子）几乎是定域 的的，而液体表面分子是很容易发生移动而液体表面分子是很容易发生移动，因此因此液体总是形成液体总是形成 光滑均匀的表面，而固体表面几乎总是凹凸不平和不均匀的， 这也使得对固体表面的理论研究变得相当困难。然而这样表 面的不均匀性对于表面的各种行为有着十分重要的影响。 固体表面的不均匀性固体表面的不均匀性，表现在表现在：：  绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多性能不 同的表面。（晶面米勒指数）  同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。  晶格缺陷、空位或位错而造成表面不均匀。  在空气中暴露在空气中暴露，表面被外来物质所污染表面被外来物质所污染，吸附外来原子可占吸附外来原子可占 据不同的表面位置，形成有序或无序排列，也引起表面不均 匀匀。  固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸 4 不平的。 第二节：固体的表面及其结构 §§2.12.1 固体的表面固体的表面