文档介绍：2007年诺贝尔化学奖简介
摘要主要介绍了2007年诺贝尔化学奖得主格哈德?埃特尔在金属表面氢吸附、哈伯-博施法合成氨反应过程催化机理及CO催化氧化反应过程方面的研究成果,并分析了获奖成果的学术价值及现实意义。??
关键词诺贝尔化学奖固体表面化学合成氨 CO催化氧化
瑞典皇家科学院2007年10月10日宣布,将本年度诺贝尔化学奖授予德国马普学会弗里茨-哈伯(Fritz??Haber)研究所的格哈德?埃特尔(Gerhard Ertl)教授,以表彰他在固体表面化学过程研究领域作出的开拓性成就。??
格哈德?埃特尔的重要贡献主要有3方面:(1)解决了氢原子是如何在Pd、Pt和Ni等金属表面组织排列的问题;(2)对哈伯-博施法合成氨反应催化机理的研究;(3)对CO催化氧化的研究及非线性动力学理论的建立。??
1 氢在金属表面吸附的研究??
萨巴蒂埃(Paul Sabatier)因发现精细金属颗粒催化有机物加氢的方法而获
1912年度诺贝尔化学奖。后来发现,在这种方法中最至关重要的分子现象是氢分子在金属表面吸附并分解为氢原子。继Sabatier的研究工作之后,有一个长期未能解决的问题,即氢原子在Pd、Pt和Ni等金属表面是如何组织排列的。这个问题不仅与理解有机分子加氢反应密切相关,还与许多电化学过程中在金属电极上使用或产生氢气密切相关[1]。??
通过使用低能电子衍射(LEED)进行实验研究,并结合对氢解吸的测量和建模,Ertl能够定量地说明氢原子是如何在上述这些金属表面组织排列的[1~5]。这是与讨论催化机理高度相关的焦点问题。在氢吸附的研究中,Ertl为长期以来提出的问题给出了答案,而且探明了如何利用LEED 方法同其他实验方法相结合来解决问题。要想回答许多密切相关的化学问题,全神贯注于一种方法显然是不够的。Ertl对科学研究的特点就是,当新的机会出现时,他会对以往分析过的过程再进行研究[1]。图1为Ertl等2003年给出的氢原子在Pt(111)表面的单层组织排列图解[6],图中黑色小球代表氢原子。??
2 合成氨反应过程催化机理的研究??
1909年德国物理化学家弗里兹?哈伯(Fritz Haber,
1868~1934)发明了利用氮气和氢气直接合成氨的方法;后来,德国化学工程专家卡尔?博施(Carl Bosch,1874~1940)解决了在高温高压下工业合成氨的难题;1913年世界上第一座工业合成氨工厂建立。这种合成氨的方法也被称为哈伯-博施法(Haber??Bosch),他们也因为各自的贡献先后获1918和1931年度的诺贝尔化学奖。??
由于合成氨反应对于农业和经济具有重要的价值,在此后的70年间,许多研究者试图解释和证明此反应过程的机理,但却一直争而未决。??
20世纪60年代以后,各种表面分析技术不断涌现,Ertl最早认识到这些现代表面分析技术在固体表面化学过程研究中的巨大潜力,并通过研究O2、CO、H2、N2、NO等小分子与金属和合金表面的作用,逐步建立了研究固体表面化学过程的基础[7]。??
Ertl等用光电子能谱证明了洁净铁表面原子态氮的存在[1];又用俄歇电子能谱(AES)测得具有高活性的Fe(111)面上的稳态N??吸浓度随氢