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(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。