清华大学化学系物理化学研究所所长徐柏庆、清华大学化学系教授刘磊评2007年诺贝尔化学奖获奖项目： 

科学让“表面”更透彻 

表面化学在上世纪后半叶得到迅猛发展，大量研究成果被广泛应用于涂料、建材、冶金、能源等行业。20世纪60年代末起，表面化学开始成为一项独立的基础学科。现代工业如半导体工业的发展也与表面化学息息相关，表面化学甚至可以帮助人们理解地球上空的臭氧层是如何遭到破坏的。

 

提起表面化学，德国科学家格哈德·埃特尔总是首先被人们提起。作为现代表面化学研究的主要奠基人，他在固体表面化学领域的开拓性研究帮助人们更好地理解铁为何会生锈，以及燃料电池、固体催化剂和汽车尾气催化净化装置的工作原理等。因此，他也获得了2007年诺贝尔化学奖。

 

清华大学化学系物理化学研究所所长徐柏庆在接受《科学时报》采访时评价说：“2007年诺贝尔化学奖授予在表面化学研究领域作出开拓性贡献的德国科学家格哈德·埃特尔是无可非议的。”

 

 

物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面，若其中一相为气体，这种界面通常被称为表面。在相界面上所发生的一切物理化学现象，统称为界面现象或表面现象。研究各种表面现象实质的科学称为表面化学。

 

埃特尔的研究为现代表面化学提供了科学基础，他的方法不仅被用于学术研究而且被用于指导化工催化剂的研发。徐柏庆介绍，表面化学在工农业生产和日常生活中均有着重要应用，例如：石油炼制工业中的催化重整、加氢精制工艺，农业肥料和农药的使用，表面污垢的清洗，室内空气净化，大气化学甚至臭氧层的破坏，金属表面腐蚀与防腐，电子工业中半导体元件制作等。人造肥料中所含的氨，就是通过氮和氢在金属铁催化剂表面反应而合成的。

 

在最初的研究中，埃特尔研究了氢原子在金属表面的作用。由于物质表面的化学活性很强，在普通状态中很难研究某个独特的变化。所以进行这些实验需要完全没有污染的超高真空环境，以便观察原子和分子是如何作用于真正纯净的金属表面。

 

徐柏庆介绍说，埃特尔针对哈伯·博施合成氨催化工艺中的表面化学过程本质所作的透彻研究，具有特别重要的科学意义。埃特尔还对铂等贵金属催化剂在一氧化碳氧化反应中的作用进行了透彻的研究，这是发生在净化汽车尾气的催化转化器中的一个重要反应。

 

“他是最先在分子原子层次上对表面化学开展研究的科学家，他的发现可以使人们认识表面化学的发生过程。在这之前，对于表面化学的认识停留在分子层次以上。另外，他对合成氨过程中铁催化剂表面化学反应的原子、分子过程的认识非常透彻。展示了表面化学的巨大魅力，使整个人类都受益匪浅。”徐柏庆说。

 

徐柏庆认为，合成氨是上世纪最伟大的科学发现，大规模人工固氮获得成功，这使大规模生产化肥成为现实，德国化学家哈伯因此获得1918年的诺贝尔化学奖，德国的化学工程师开发大规模合成氨高压催化工艺获得1931年诺贝尔化学奖。但那个时候还没有对表面化学的研究，氮气分子是如何发生化学反应的也并不清楚。但随后，埃特尔在表面化学领域长达40年的系统研究让人们了解了合成氨表面化学反应的机理。“以前也有科学家在此领域作过研究，但没有埃特尔作得那么系统、那么透彻。后者甚至为表面化学的研究提供了一套规范的理论和实验方法。”徐柏庆说。

 

 

工业催化是一个具有广阔发展前途的新兴学科，用石油、天然气、煤等天然原料生产化工中间产品时，催化剂起着主要作用。虽然表面化学是一门基础科学，但它与催化剂息息相关，它是催化剂研究和发展的根基。

 

正是埃特尔在表面化学领域创建的系统研究理论和方法，为帮助人们在实际应用体系中更深入地认识表面化学的本质起到了重要作用。人们可以将他的理论和概念运用到相关体系中，从而衍生出更为惊人的科学新发现。

 

徐柏庆指出：“埃特尔的研究是完全基础性的研究，他做出了表面分子反应的动态学。以固体催化剂为基础的多相催化过程，基本上是化学领域最具有支撑作用的核心技术。不仅对实际化工的生产，还对包括煤炭、天然气和很多新能源在内的能源利用有着深远的影响。此外，在环境保护中也会有大量对表面化学研究的需求。”

 

“目前，世界上现代的大型化工生产过程中，催化过程达80%以上，并已渗透到精细化学品的合成、药物中间体的合成及环境保护等领域。新催化剂的开发已由技艺水平向分子设计方向发展。新催化剂和新催化工艺的出现，已成为现代化学工业发展的增长点，在国民经济发展过程中起着重要作用。”徐柏庆对记者说。

 

“表面化学的反应无时无刻不在我们周围甚至是我们自己的身体中发生。埃特尔的方法、手段和概念帮助人们对各种表面现象提供研究方法和理论。现在表面化学已经向多学科渗透，比如纳米、太阳能、半导体甚至是生命体，都与表面化学密切相关。他的研究对科学家们解决这些问题有辐射作用。”徐柏庆说。

 

 

与以往不同的是，此次诺贝尔化学奖并不是授予某一项具体的科研成果，而是对埃特尔在表面化学的多年研究给予肯定。

 

对于这一现象，徐柏庆认为，埃特尔是一个非常聪明和执著的人。对于很多仅仅把科学当成职业的人来说，他是一个榜样。

 

徐柏庆说：“这就是科学的魅力，埃特尔就有这种一直追求的精神。他长期在一个领域工作，对合成氨表面化学的研究孜孜以求。这凸显出一个科学家的功底和他科学研究的含金量。”

 

“作为一个科研领域的工作者，我更愿意看到这样的科学家获得诺贝尔奖。”徐柏庆说。

 

清华大学化学系教授刘磊也对这个看法表示赞同：“这次化学奖的颁发对于我国表面化学研究领域的科学家也是一种鼓舞。此次获奖呼声很高的另外一位科学家在论文等数量上都要超过埃特尔，但最后并没有把奖颁给他，这也说明为指标而指标的东西是没有用的。”

 

“我国近些年在科学研究上进步很快，但也可以发现，科研能力与国家的经济水平是正相关的。科学研究应该为进一步提高国家的综合实力、国民的生活水平而发展。科学的目的不应该是把某个人或某个组织推到诺贝尔奖上去，因此，我国科研整体水平的提高才是真正的目标。”刘磊说。