中科院固体表面物理化学期末考试总结.docx

PAGE PAGE 10 / 23 表界面的分类 ：气 -液；气 -固；液 -液；液 -固；固 -固表面浓度 分散度 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。 位错密度 表面粗糙度： 原矢 米勒指数（ miller index ） 晶体类型：体心立方，面心立方，简单立法表面自由能减小表面能的方法表面原子重排机理1 晶体类型：体心立方，面心立方，简单立法 表面自由能 减小表面能的方法 表面原子重排机理 1：表面弛豫作用 2：表面相转变 表面原子最近邻数 100 110 111 Fcc 8 7 9 Bcc 4 6 4 Sc 5 4 3 Wood 记号和矩阵表示 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 固体表面性质简介 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/2 蟺 mkT 1/2 ； 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 R 相界面（ Gibbs 界面） 表面热力学函数 其他类推： S， G， Gs 比表面自由能及温度的关系 ; ; Van der Waals and Guggenheim Equation : Where: T c 为临界温度； 为 0K し的表面张力 ； 固体表面能的理论估算 金属表面张力估算 ； 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： 正规溶液参数 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 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 = 2Dt 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 吸附动力学 Rads = k px ; 其中 x 为动力学级数； p 为分压 Ea x Rads = Aexp ( - RT ) *P ; Ea 活化能 R Rads = S*F; S粘着几率； 吸附方式 F 入射分子流； ; S = f( 胃)exp ( - RT ) ; f( 胃) 表面覆盖率函数 Ea 物理吸附： Van der Waals Force；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 几种元素的化学吸附 氢气（ H2）：没有及基地原子相互作用的电子；分子氢原子（ H）：氢原子及基地原子独立相互作用 -氢过渡金属复合物 卤素（ F2, Cl2, Br2 , etc）：以离解的方式给出卤素原子的吸附；及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 给体，金属作为 受氧原子（ 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；② d 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： 化学吸附气体的排列规则 体 区金属： 1：紧密堆积：尽可能形成最小单胞 2：转动对称性ゆ基地相同 3：类似体相单胞矢量：单层（基地） ；多层（本体） 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，し体相的化学反应の前驱 4：无定形表面结构：