表面科学

表面科学是研究两相界面发生的物理化学现象，包括固液界面、固气界面、固真空界面和液气界面。 它包括表面化学和表面物理领域。 一些相关的实际应用被归类为表面工程。 该科学涵盖多相催化、半导体器件制造、燃料电池、自组装单分子层和粘合剂等概念。 表面科学与界面和胶体科学密切相关。 界面化学和物理学是两者的共同学科。 方法不同。 此外，界面和胶体科学研究由于界面的特殊性而在异质系统中发生的宏观现象。

表面化学领域始于 Paul Sabatier xxx的氢化多相催化和 Fritz Haber xxx的 Haber 过程。

表面化学可以粗略地定义为对界面化学反应的研究。 它与表面工程密切相关，其目的是通过掺入选定的元素或官能团来改变表面的化学成分，从而产生各种所需的效果或改善表面或界面的性能。 表面科学对多相催化、电化学和地球化学等领域具有特别重要的意义。

气体或液体分子附着在表面上称为吸附。 这可能是由于化学吸附或物理吸附，分子吸附到催化剂表面的强度对催化剂的性能至关重要。 然而，很难在具有复杂结构的真实催化剂颗粒中研究这些现象。 相反，催化活性材料（例如铂）的定义明确的单晶表面通常用作模型催化剂。 多组分材料系统用于研究催化活性金属颗粒与支持氧化物之间的相互作用； 这些是通过在单晶表面上生长超薄膜或颗粒来生产的。

这些表面的组成、结构和化学行为之间的关系是使用超高真空技术研究的，包括分子的吸附和程序升温解吸、扫描隧道显微镜、低能电子衍射和俄歇电子能谱。 结果可以输入化学模型或用于新催化剂的合理设计。 由于表面科学测量的原子尺度精度，还可以阐明反应机制。

电化学是对通过在固-液或液-液界面施加电势驱动的过程的研究。 电极-电解质界面的行为受形成双电层的界面附近的液相中离子分布的影响。 可以使用光谱学、扫描探针显微镜和表面 X 射线散射研究原子级平坦单晶表面的吸附和解吸事件作为应用电位、时间和溶液条件的函数。 这些研究将循环伏安法等传统电化学技术与界面过程的直接观察联系起来。

铁循环和土壤污染等地质现象受矿物与其环境之间的界面控制。 使用原位同步加速器 X 射线技术以及扫描探针显微镜研究矿物溶液界面的原子级结构和化学性质。 例如，对重金属或锕系元素吸附到矿物表面的研究揭示了吸附的分子尺度细节，从而能够更准确地预测这些污染物如何穿过土壤或破坏自然溶解-沉淀循环。

表面物理学可以粗略地定义为对发生在界面处的物理相互作用的研究。