中科院固体表面物理化学笔记_——jeveels

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1、1.Introduction²表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固²表面浓度²分散度²表面形貌非均匀性原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。²位错密度²表面粗糙度：²原矢²米勒指数（millerindex）²晶面间距dhkl²晶体类型：体心立方，面心立方，简单立法表面原子最近邻数100110111Fcc879Bcc464Sc543²Wood记号和矩阵表示²表面自由能²减小表面能的方法²表面原子重排机理1：表面弛豫作用2：表面

2、相转变3：吸附对纯净底物表面结构的影响层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组²内外表面内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量1.固体表面性质简介l固体表面的性质结构特征：不同的位置有不同的性质表面运动：气体分子表面撞击速度R=P/2πmkT1/2；表面扩散系数（爱因斯坦方程）：D=x2/2t外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g粘

3、附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度Rl相界面（Gibbs界面）l表面热力学函数其他类推：S，G，Gsl比表面自由能与温度的关系Gs=γ;∂Gs∂TV=∂γ∂TV=-Ss;VanderWaalsandGuggenheimEquation:γ=γ01-T/TcnWhere:Tc为临界温度；γ0为0Kし的表面张力；l固体表面能的理论估算l金属表面张力估算；l偏析作用来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象表面偏析公式：x2sx1s=x2bx1bexp-ΔHsegRTl正规溶液（混合热不为零

4、，混合熵与理想溶液混和熵相同的溶液，又称为正规溶液）参数ΩΩ=NavogadrozU12-U11-U222Ω>0,平均相互吸引：不同原子<相同原子,Segregation;Ω<0,平均相互吸引：不同原子<相同原子,orderingl扩散扩散：由热运动引起杂质原子、基质原子或缺陷输运的过程原因：原子或离子分布不均匀，存在浓度梯度，产生定向扩散扩散机理：间隙扩散，空位扩散，环形扩散l表面扩散靠吸附原子或平台空位的运动实现。一维随机行走理论：表面原子通过扩散进行迁移，原子运动方向移动，每次跳跃距离等长d，将原子加以标记，温度T下，净距离为x，有Einstein方程x2=2DtD=D0ex

5、p-ΔEaRTl吸附的基本过程1：反应物扩散到活性表面；2一个或者多个反应物吸附在表面上；3表面反应；4产品从表面脱附；5产品从表面扩散出去l吸附动力学Rads=k'px;其中x为动力学级数；p为分压Rads=Aexp-EaRT*Px;Ea活化能Rads=S*F;F=P/2πmkT1/2;S=fθexp-EaRT;S粘着几率；F入射分子流；fθ表面覆盖率函数l吸附方式物理吸附：VanderWaalsForce；电荷密度轻度分布化学吸附：化学键，电子密度重排，完全离子键，完全共价键l几种元素的化学吸附氢气（H2）：没有与基地原子相互作用的电子；分子-氢过渡金属复合物氢原子（H）：氢原

6、子与基地原子独立相互作用卤素（F2,Cl2,Br2,etc）：以离解的方式给出卤素原子的吸附；与金属形成强的离子键氧气（O2）：在金属表面以分子形式吸附，氧分子作为σ给体，金属作为π受体氧原子（O）：占据最高有效配体位置；强的相互作用导致表面的扭曲或者重组！离解氧吸附是不可逆过程；加热可以导致化合物的扩散或者形成氮气（N2）：低强度M-N键，ゆ很难破坏的NN三键一氧化碳（CO）：①活化表面：解离，分别形成氧化物へ碳氧化合物；②d区金属：弱的M-CO分子键，加热脱附；③过渡金属：对温度へ表面结构敏感氨气（NH3）：不饱和碳氢化合物：l化学吸附气体的排列规则1：紧密堆积：尽可能形成最小

7、单胞2：转动对称性与基地相同3：类似体相单胞矢量：单层（基地）；多层（本体）l化学吸附层表面结构分类：1：在顶上化学吸附：停留在表面，不扩散到体相内部2：共吸附表面结构：吸附强度相近的两种气体同时吸附3：重组的表面结构：表面原子重排，是体相的化学反应的前驱4：无定形表面结构：有序结构的形成扩散过程5：三维结构：扩散到体相内部の表面吸附l脱附过程1：气相产物或者其他表面物质的分解；2：表面化合物の反应后者扩散；3：脱附到气相中l脱附动力学Rdes=kNx;其中x为动力学