第八章固体表面化学 8.1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
第八章 固体表面化学 8 1. 1 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) 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
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； 3.暴露在大气中的固体表面上总是吸附着各种各样 的杂质（在10-mmHg的高真空下，在表面上覆盖一层气 体分子仅需要1s,而在10-8mmHg的超高真空下，需要 100s),只有在109-10-10 mmHgl的超高真空下，才可以 认为固体表面是纯净的，也才有可能获得表面原子的 真实信息。 1 mmHg 1 Torr 131.6 Pa
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； 3. 暴露在大气中的固体表面上总是吸附着各种各样 的杂质( 在10-6mmHg的高 空 在表 覆盖 气 的高 真 空 下，在表面上覆盖一层 气 体分子仅需要1s，而在10-8mmHg的超高真空下，需要 100s)，只有在10-9-10-10mmHg的超高真空下，才可以 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 1 mmHg = 1 Torr = 131.6 Pa
对固体表面的认识包括三个方面 )表面的热力学：反映的是表面原子性质的集合 包括表面自由能、表面的吸附、蒸发和生长过程、 比表面、表面的浸润等性质，这是经典的表面化 学的内容。 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，造成了晶体表面上电子分布的特殊性。表面 电子结构影响并规定着表面原子的电离、电子发 射、电荷迁移、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
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， 包括表面自由能 表面的吸附 蒸发和生长过程 表面自由能 、表面的吸附 、蒸发和生长过程 、 比表面、表面的浸润等性质，这是经典的表面化 学的内容。 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 造成了晶体表面上电子分布的特殊性 表面 断，造成了晶体表面上电子分布的特殊性 。表面 电子结构影响并规定着表面原子的电离、电子发 射、电荷迁移、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， 而液体表面分子是很容易发生移动，因此液体总是形成光滑均 匀的表面(why？),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，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) 。同一种物质因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，表面被外来物质所污染，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。 固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸不 平的。 4
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， 而液体表面分子是很容易发生移动 因此 而液体表面分子是很容易发生移动，因此液体总是形成光滑均 匀的表面（why ？），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，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 ） 同一种物质因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 表面被外来物质所污染 吸附外来原子可占据 在空气中暴露，表面被外来物质所污染，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。 固体表面无论怎么光滑 从原子尺寸衡量 实际上也是凹凸不 4 固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸不 平的
8.2固体的表面及其结构 8.2.1 固体的表面 1、理想表面 2、清洁表面 3、吸附表面 4、固体的表面自由能和表面张力 5、表面偏析 6、表面力场 5
8.2 固体的表面及其结构 8.2.1 固体的表面 1、理想表面 2、清洁表面 3、吸附表面 4、固体的表面自由能和表面张力 5、表面偏析 6、表面力场 5