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“表面文章”的深刻含义——透视2007诺贝尔化学奖[转]
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作者：姬十三 来源：南方周末 他为表面化学建立了一套现代的实验方法，以研究化学反应如何发生在金属和其他固体表面 在表面化学领域，格哈德·埃特尔是个巨人 对格哈德·埃特尔（GerhardErtl）来说，诺贝尔化学奖是个绝好的生日礼物——2007年10月10日，是这位德国马普学会弗里茨—哈伯研究所的教授71岁的生日。他也终于在这一天，等来了期待已久的诺贝尔化学奖。接到来自斯德哥尔摩的电话时，他正在与妻子共进午餐，双重喜悦让他激动万分。 埃特尔因为对“固体表面的化学过程的研究”而独享这一殊荣。这也是瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会对他在这一领域所做的奠基性工作的肯定。多年以来，人们一直认为他会得到诺贝尔奖。 在试管内加一些液体让它们反应，可能是许多人对于化学的印象。然而，现代化学已不仅仅关注于此。化学反应可以发生在多种多样的介质中，固体表面就是其中较为特殊的一种。在这里，试管不再是必需的设备，取而代之的是真空室、电子显微镜等设备。由于发生在固体表面的化学反应条件非常特殊，科学家们可能需要研究在单层分子厚的地方如何发生化学反应，故而需要佐以特殊的实验方法。 埃特尔的成就就是为这一领域建立了一套现代的实验方法，以研究化学反应是如何发生在金属和其他固体表面的。他不仅仅发展了特别的技术、工具，而且“为整个学科建立了一个实验学派”。在接受美国《科学》杂志采访时，美国伊利诺斯大学的一位表面化学家评价说，在这个领域，“埃特尔是个巨人”。 埃特尔的工作始于20世纪60年代，那时，由于半导体工业的兴起，真空技术得到发展，现代表面化学开始出现。固体表面的化学反应非常活跃，因而需要先进的真空实验设备，格哈德·埃特尔是最先发现新技术潜力的科学家之一。 这一领域看似晦涩，其实并不遥远。合成氨的研究就是一例。合成氨是人工化肥的主要有效成分，可以说是现代农业的基础之一。将氢气和氮气在催化剂的作用下人工合成氨，叫做哈伯-博施（Haber-Bosch）法（这一方法的发明者弗里茨·哈伯曾获得1918年的诺贝尔化学奖）。传统催化剂用铁作为活性成分，氢气和氮气在上面发生反应，这正是表面化学的用武之地。然而传统的方法有一个步骤反应极慢，能耗很大。借助一些新的研究方法，埃特尔发现了这一过程的瓶颈所在，并完全阐明了氢气和氮气在铁催化剂表面反应的七个步骤。在了解反应过程之后，只要“疏通”最慢的那个环节，整个反应的效率就会大为改观。这就好比疏通了一个交通要道的堵车点。埃特尔的工作为研发新一代合成氨催化剂奠定了基础，具有重要的经济意义。 埃特尔的另一重要贡献是对在铂催化剂上一氧化碳氧化反应的研究。一氧化碳是汽车尾气中的有毒气体，在排到大气前，必须将其氧化成二氧化碳。埃特尔发现在反应的不同时相，几个反应步骤的速率变化很大，这一看似简单的过程比哈伯-博施反应还要复杂得多。埃特尔详尽研究了这一过程，他所使用的一些研究方法对于研究复杂介面上的化学反应具有极大的启示作用。 埃特尔的研究领域很广。他还用表面科学的方法和手段来研究很多相关领域的科学问题，包括燃料电池、臭氧层破坏等。他所发展出来的方法，广泛影响了表面化学的进展，而且他的实际影响并不仅仅在于学术研究，还涉及到农业和化学工业研发的多个方面。 在接受《科学》杂志的电话采访时，埃特尔将他所获的荣誉归功于这个领域的其他许多科学家。他认为这个领域得益于许多技术的平行发展，不仅是他一人之功。他还特别提到盖博·索马杰（GaborSomorjai），后者是美国加州大学伯克利分校的教授，曾因在表面化学领域的成就与埃特尔分享1998年的Wolf化学奖，也一直是诺贝尔化学奖的大热门。 |
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