第一卷 溶膠-凝膠化學與無機-有機雜化高聚物材料的合成 第一章 表麵化學
現代科學技術的發展促進了科學研究各學科間相互交叉和相互滲透，同時形成了一批新興學科和邊緣學科。所謂表麵化學就是在原子或分子尺度上研究兩相界麵上所發生化學過程的一門科學，它是在物理學、化學和電子計算機科學等取得很大進步的基礎上發展起來的一門新興學科。
表麵現象是人們非常熟悉的自然現象，在光的作用下，植物通過葉片表麵葉肉中的葉綠素將空氣中遊離的二氧化碳和水轉化為澱粉和氧氣的光合作用就是一個非常有趣的表麵反應。科學家們發現，由2-3mm厚的灰質組成的人類大腦皮層是一個比表麵積（S/V）很大的複雜表麵，在思維過程中，大腦皮層進行的信息交換和傳遞被認為是當今自然界中最複雜的表麵過程。表麵現象的應用還不知不覺地滲透到了我們生活的各個方麵。例如，肥皂、洗衣粉、去汙劑等各種表麵活性劑已是人們必不可少的日用品。對表麵現象的深入了解，使食品工業、土壤化學、造紙、印刷和橡膠工業有了很大的發展。表麵化學在化工生產、電化學和化學抗腐蝕以及各種分離膜和生物膜研究中所起的作用越來越明顯，表麵化學的發展使多相催化化學的麵貌發生了根本的變化。
一、對表麵化學由淺入深的認識
人類對表麵的認識經曆了由淺入深的漫長時期。19世紀，人們就發現表麵相具有體相所沒有的許多獨特性能，並且能夠精確地測定表麵張力，氣體在多孔性固體上的吸附量和固體的蒸發量等，並從這些實驗得到了很多表麵熱力學參數。Gibbs總結和發展了前人的工作，奠定了至今我們仍在采用的表麵熱力學基礎。本世紀開始的40年，表麵化學得到迅速的發展。隨著用於合成氨的鐵催化劑的發現和對鋁、鉀、鈣等添加劑作用機理的進一步了解，以及一氧化碳在鐵、銠、鎳等金屬氧化物催化劑上合成汽油等表麵反應的深入研究，表麵化學學科分支逐漸形成。一些著名的物理學家和化學家，包括Polanyi、Langmuir、Rideal、Taylar和Emmett等對表麵吸附、表麵基元反應機理作了許多開創性的研究，並創建了一些表麵分析技術，如測量固體表麵積、吸附熱和表麵吸附與化學反應活化能等。50年代，光譜、X射線衍射、弛豫譜和分子束等技術在化學的很多領域都已得到應用，並取得不少成果，但要得到表麵幾層原子的信息，人們必須排除高達1010的背景信號的幹擾，而表麵原子的散射截麵很小，所以當時眾多的物理測試技術並不能獲得真正來自表麵的信息。60年代初期，超高真空技術，電子計算機技術和電子學技術的發展促進了很多表麵靈敏儀器的研究和生產，表麵化學的研究發生了新的轉機，人們開始能在原子、分子尺度上研究表麵組成，結構和性質。如今人們已能在小於微米級的表麵上獲得小於百分之一原子單層（＜1013原子/cm2）的原子的信息，與來自理論化學的模型計算得到的表麵參數進行比較，人們對表麵化學本質的認識上升到了一個新的高度。
二、表麵化學研究的三個方麵
在表麵科學領域中。表麵物理和表麵化學就像一對孿生的姊妹，有著非常密切的關係，但是在研究內容和研究手段等諸多方麵，它們存在著明顯的差異。表麵化學除了研究固體表麵本身的原子結構和電子性質以外，更側重於研究外來物種（吸附物種）與固體表麵的相互作用。從內容和方法上看，當今表麵化學的研究大致可分為三個方麵：
1.表麵組成的研究
在對吸附體係進行研究時，習慣上將起吸附作用的物質稱為吸附劑（一般為固體），而將被吸附的物質稱為吸附質（一般為液體、氣體等）。兩種或兩種以上的物質組成的固體表麵，由於趨向於處於最小的表麵自由能以及吸附質的作用，某物質可能從體相遷移到表麵層，使得表麵層中該物質的含量高於它在體相中的含量，這一現象被稱為"富集"。這種表麵層與體相組成的差異是引起許多神奇的表麵現象的基礎。Auger電子能譜（AES）是研究表麵組成中最基本和最有效的手段之一，它是根據入射電子與表麵原子的非彈性碰撞所產生的具有一定特征能量的二次電子信號來進行表麵層組成的定性和定量分析。此外，X射線光電子能譜（XPS），場離子顯微鏡（FIM）、離子散射（ISS）與二次離子質譜（SIMS）等技術也已被廣泛地應用到這一研究領域中，人們運用這些靈敏的表麵分析技術，能精確地得到表麵3-5個原子層內百分之一原子單層的有關信息。