2007年诺贝尔化学奖简介.pdf

2007年第11期 化学教育 2007年诺贝尔化学奖简介 朱玉军1 王香风2 王巧玲3 (1．北京师范大学化学学院l00875；2．北京师范大学分析测试中心100875； 3．山东烟台市传染病医院) 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、哈伯一博施 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C()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一哈伯 (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。 一 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)对哈伯一博施法合成氨反应催化 机理的研究；(3)对C()催化氧化的研究及非线性动 力学理论的建立。 图1氢原子在Pt(1J1)表面的单层组织排列 l 氢在金属表面吸附的研究 成氨的方法；后来，德国化学工程专家卡尔·博施 萨巴蒂埃(Paulsabatier)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 (Carl 奖。后来发现，在这种方法中最至关重要的分子现 业合成氨的难题；1913年世界上第一座工业合成氨 象是氢分子在金属表面吸附并分解为氢原子。继 工厂建立。这种合成氨的方法也被称为哈伯一博施 Sabatier的研究工作之后，有一个长期未能解决的 1918和1931年度的诺贝尔化学奖。 ， 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 由于合成氨反应对于农业和经济具有重要的价 应密切相关，还与许多电化学过程中在金属电极上 值，在此后的70年间。许多研究者试图解释和证明 使用或产生氢气密切相关Ⅲ。 此反应过程的机理，但却一直争而未决。 通过使用低能电子衍射(I。EED)进行实验研 20世纪60年代以后，各种表面分析技术不断 究，并结合对氢解吸的测量和建模，Ertl能够定量地涌现，Ertl最早认识到这些现代表面分析技术在固 说明氢原子是如何在上述这些金属表面组织排列 体表面化学过程研究中的巨大潜力，并通过研究 的‘H]。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作用，逐步建立了研究固体表面化学过程的基础[7]。 题给出了答案，而且探明了如何利用I。EED方法同 在20世纪70年代Ertl的研究中，最显著就是 其他实验方法相结合来解决问题。要想回答许多密 一系列关于合成氨反应机理研究成果的发表。1979 切相关的化学问题，全神贯注于一种方法显然是不 年E州等用x射线光电子能谱(xPs)研究一个未 够的。Ertl对科学研究的特点就是，当新的机会出经还原的工业催化剂(添加了氧化铝和氧化钾的铁 现时，他会对以往分析过的过程再进行研究‘川。图 催化剂)’，发现表面区的铁含量很低，而钾、铝等的表 面浓度相当高。催化剂在400℃经Nz／Hz混合物 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嘲，图中黑色小球代表氢原子。 处理后，铁被还原为金属且表面浓度增加。通过记 2合成氨反应过程催化机理的研究 录不同时间的Fezp3／z芯能级XPS谱跟踪还原