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表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
表面：在真空状态下，物体内部和真空之间的过渡区域，是物体最外面的几层原子和覆盖其上的外来原子和分子所形成的表面层。
表面层有其独特的性质,和物体内部的性质完全不同。
几何概念：表面是具有二维因次的一块面积，无厚度、体积。
界面：两个物体的相态相接触时的过渡区域，由于分子间的相互作用，形成在组成、密度、性质上和两相有交错并有梯度变化的过渡区域。
几何概念：它不同于两边相态的实体，有独立的相、占有一定空间，有固定的位置，有相当的厚度和面积。
弛豫；指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距ds和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。
可能涉及几个原子层。
重构：指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。
这种不平衡作用力使表面有自动收缩的趋势，使系统能量降低的倾向，由此产生表面张力以σ表示，称为表面张力，即：6=f/2l，6=dw/da，σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。
例题：20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功？解：已知：σ＝4.85×10-1 Jm-2，r1=1mm, r2=10－5 mm，界面张力的热力学定义。
在恒温、恒压下研究表面性能，故常用下式表示。
广义表面自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。
狭义表面自由能的定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。
表面张力与表面Gibbs自由能的异同：相同点：数值相同，量纲相同。
不同点：物理意义不同，单位不同。
例：试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的表面自由能E1。
金属材料的表面和界面物理化学金属材料是工程领域中最常见的材料之一。
在工业制造和高科技领域中，金属材料的表面和界面的物理化学特性对其性能、可靠性和寿命等方面有着至关重要的影响。
因此，研究金属材料表面和界面的物理化学性质是一个非常重要的课题。
一、金属材料表面的物理化学特性金属表面的物理化学特性与其整体性能密切相关。
金属表面的物理化学特性包括表面能、电荷特性、再结晶行为和氧化行为等。
表面能是一个材料特性中很重要的一个物理化学量，它反映了物质与其他物质接触时的交互作用力程度。
表面能越大，材料越容易与其他物质发生反应和吸附作用。
因此，表面能的大小对金属材料的性能、表面粗糙度和涂层附着力等均有重要影响。
二、金属材料界面的物理化学特性金属材料界面的物理化学特性往往是金属材料性能和寿命的决定因素之一。
金属材料界面可分为金属/金属、金属/非金属和非金属/非金属等各类组合。
界面的化学反应与间隙、添加剂、氧化等因素均有关，不同界面反应产物不同，有些能改善金属材料的性能或延长其寿命，还有一些界面反应会导致材料的失效。
三、金属材料表面处理技术为了提高金属材料的性能和延长其寿命，人们发展了很多金属表面处理技术。
金属表面处理技术包括机械处理、热处理、电化学处理、离子注入和喷涂涂层等。
机械表面处理包括研磨、抛光、去毛刺、喷砂等方式，可改善金属表面的光洁度和粗糙度。
热处理是改变金属组织结构和性能的常见方法，通过去除内部应力、改变晶界结构等方式，提高金属材料的性能。
电化学处理是通过在电解质中施加电压、电流或电场，以控制物质的电荷特性，从而改善材料表面的性质。
离子注入技术则是将离子束注入材料表面，以改善表面化学性质、抗腐蚀性和耐磨性等。
喷涂涂层技术则是将一层特殊的材料涂覆在金属表面，以改善其耐磨性、抗腐蚀性、降低摩擦系数等。
总之，金属材料的表面和界面的物理化学特性对其性能、可靠性和寿命产生重要影响。
通过研究表面处理技术和界面反应，我们可以改善材料的性能和寿命，以应对这些材料在各种应用中遇到的各种挑战。
金属材料的表面一、金属材料概述二、金属的表面及表面反应三、金属表面上分子的吸附态四、金属的表面腐蚀五、金属的表面改性以金属(包括纯金属与合金)为基础的材料。
在103种元素中，金属元素有81种金属材料的特点：1、常温下为固体（Hg除外）2、熔点较高也有较低的如：Sn、Pb、Zn、Al3、密度较大（Mg、Al除外，<3g/cm3）4、有光泽5、延展性、韧性、可加工性好6、导热性、导电性好，Ag、Cu、Al7、易氧化金属材料的分类：金属材料黑色金属：生铁、钢、纯铁有色金属：特殊金属重、轻、贵、稀有金属非晶态金属、形状记忆合金、减震合金、超塑金属、储氢合金、超导合金等杭州湾跨海钢铁大桥桥长36公里世界最长的跨海大桥青藏铁路1142公里世界最长的高原铁路应用广泛的金属材料金属表面腐蚀不仅造成经济损失，也经常对人的生命安全造成危害。
俄罗斯米格-29战斗机在西伯利亚东部的机场附近坠毁，事故原因：飞机龙骨因腐蚀在空中解体。
2006年9月30日，加拿大拉瓦尔市内一座立交桥坍塌，造成五人死亡。
事故原因：雪水渗透立交桥腐蚀钢筋引发事故。
2006年8月6日英国石油公司被迫宣布停止美国最大油田：阿拉斯加普拉德霍湾油田原油生产。
原因：油管腐蚀导致漏油。
2004年12月，四川德阳大型化工厂发生液氨大泄露，5000立方米液氨汩汩而出。
事故原因：多个阀门生锈。
金属表面腐蚀研究金属表面腐蚀研究●据统计，世界上85%的化学制品要靠催化反应制得，80％以上的化学工业涉及催化技术，催化技术是化学工业的核心技术，而催化材料是催化技术的灵魂金属催化实际上就是气体或液体在金属表面上的吸脱附反应-----金属催化材料●催化剂的世界销售额超过100亿美元/年，催化技术所带来的产值达百倍以上。
在发达国家由催化技术直接和间接的贡献达到20-30％GDP表面催化过程金属特性：金属d电子和d空轨道与被吸附物s或p电子配对，发生化学吸附，生成表面中间物种而活化金属催化材料α-Fe-Al2O3-K2ON2+ 3H22NH3合成氨熔铁催化剂•使化肥工业迅速发展•迎来了现代农业•1918年诺贝尔化学奖加氢氢解脱氢Metal异构化氧化Anode:2H 2 → 4H + + 4e -Cathode:O 2 + 4H + + 4e -→2H 2O CO + 1/2 O 2→ CO 2 ΔH = -283.0 kJ/molH 2 + 1/2 O 2→ H 2O ΔH = -241.8 kJ/molPROX 反应中的两个反应燃料电池Au, Ag, Cu Pt, Pd, Ru, Rh, IrPtFe, PtCo, PtSn活性组分AC, SiO 2,Al 2O 3,TiO 2,SnO 2, ZrO 2,MgOFe 2O 3, CeO 2 , MnO 2,Ce x Zr (1-x)O 2Ce x Zn (1-x)O 2,CoO x monolith, mordenite 载体双组分催化剂的PROX 活性和选择性远远超过单金属催化剂。
Pt/SiO 2PtFe/SiO 2Fu Q, et al. Science 328 (2010) 1141–1144金属表面：金属晶体从三维的规整点阵到体外空间之间的过渡区域。
-----------------------------清洁表面表面粗糙度，表面存在大量的活性晶格点，残余应力，表面氧化和吸附。
-----真实表面金属的真实表面：吸附层氧化层加工应变层表面膜层严重干扰金属表面性能实验。
金属表面的研究，首先要获得不附带任何膜层的真正金属表面。
吸附、扩散与脱附由于固体表面上原子或分子的力场是不饱和的，就有吸引其它分子的能力，从而使环境介质在固体表面上的浓度大于体相中的浓度，这种现象称为吸附。
吸附、扩散与脱附金属表面吸附现象的本质：固体表面存在剩余键力；吸附是固体表面存在剩余键力与分子间的相互作用。
吸附、扩散与脱附当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相，这种现象称为吸附现象。
被吸附的气体称为吸附质。
吸附气体的固体称为吸附剂。
吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为吸附态。
通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置称为吸附中心或吸附位。
吸附中心与吸附质分子共同构成表面吸附络合物。
即表面活性中间物种。
吸附、扩散与脱附•物理吸附与化学吸附的比较物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层数单层或多层单层吸附热小,近于液化热大, 近于反应热选择性无或很差较强可逆性可逆不可逆吸附平衡易达到不易达到吸附、扩散与脱附气-固相催化反应中，至少有一种反应物要能在催化剂的表面上发生化学吸附。
吸附键的强度要适当，吸附键过强或过弱都不利于下一步化学反应的进行。
如果催化剂对反应物吸附过强，往往形成较稳定的表面络合物；吸附过弱，反应物分子活化不够，不利于反应。
其数值大小可由化学吸附热度量。
吸附热越大，吸附键愈强；反之，吸附热越小，吸附键越弱。
因此，吸附热是选择催化剂时要考虑的因素之一。
LT supportIrIrIrIrCO COCO CO HT supportIrIr Ir IrCOCOO H CO 2H 2O 双组分催化剂单金属催化剂Kotobuki M, et al. J Catal 236 (2005) 262–2691020304050607001020304050607080D i f f e r e n t i a l H e a t (k J m o l -1)H 2 coverage(μmol g -1)050100150200250300050100150200250300350400450D i f f e r e n t i a l H e a t (k J m o l -1)O 2 coverage (μmol g -1)Ir/SiO 2Ir-Fe/SiO 220406080100120140020406080100120D i f f e r e n t i a l H e a t (k J m o l -1)CO coverage (μmol g -1)Fe 的加入促进了催化剂吸附活化氧的能力，同时减弱了CO 及H 2的吸附活化吸附、扩散与脱附•物理吸附时反应物分子的反应性能没有明显变化，因而与表面催化作用没有直接关系。
•但是，物理吸附可使催化剂表面反应物分子浓度增大，从而提高反应速度。
•物理吸附的反应物分子可以作为补充化学吸附的源泉，或者当表面存在自由基时，可参加连锁反应过程。
•物理吸附的存在使反应物分子只需克服吸附活化能就能达到化学吸附。
吸附、扩散与脱附吸附质粒子首先在金属表面某些活性最高的位点被吸附，然后沿金属表面发生迁移，这称为表面扩散或表面流动。
扩散激活能：表面上存在的周期性势场表面位点能量的不均匀性吸附、扩散与脱附脱附是指吸附粒子由于吸附键断裂而离开表面。
升温使脱附现象加强提高真空度脱附易进行•化学吸附态表明吸附物种在固体表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构和几何构型。
•化学吸附态和表面反应中间体的确定对揭示催化剂作用机理和催化反应机理非常重要。
吸附态的多样性：同一种物质在同一固体表面吸附可随条件不同呈现不同的吸附态。
吸附态不同，使催化最终产物不同。
•以汽车尾气处理为例说明吸附的重要性•不经催化处理的汽车尾气是一氧化碳和一氧化氮，这两种气体直接排出对环境有很大的危害。
•以汽车尾气处理为例说明吸附的重要性•金属Pd可以转化这两种有毒气体为无毒气体，其催化反应：1. 一氧化氮分子在钯金属表面解离吸附, 分解成氮原子和氧原子，而CO分子被缔合吸附活化.2. 钯金属表面上的氮原子, 氧原子及CO活化物种扩散后进行表面化学反应形成无害的氮气和二氧化碳.3. 在表面化学反应形成的氮气分子和二氧化碳分子从钯表面脱附进入环境大气.吸附是整个催化反应中最重要的一步.金属表面上分子的吸附态(1) 分子在吸附前先必须解离（如H 2，饱和烃）(2) 具有孤对电子或π电子的分子可以非解离的化学吸附。
分子吸附在金属表面上，与其表面原子间形成吸附键，构成分子的吸附态。
•解离吸附：分子在催化剂表面上化学吸附时产生化学键的断裂，分子与催化剂表面吸附中心进行电子的转移或共享。
•均裂：吸附活性中间物种为自由基。
•异裂：吸附活性中间物种为离子基(正离子或负离子)。
•缔合吸附：具有 电子或孤对电子的分子不必先离解即可发生化学吸附。
缔合与解离吸附并存:吸附强度规律:炔烃> 双烯烃> 烯烃> 烷烃O2> C2H2> C2H4> CO> H2> CO2> N2一般催化反应中或对金属表面的化学热处理中经常用到的气体包括氢、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳以及各种碳氢化合物等。
H2在金属表面是均裂解离吸附：H2+2* → 2H*M M HM MHORHMHMH2 +吸附过程相对比较复杂，一般会发生氧化作用直至体相。
而对于一些只在表面形成氧化层（如W）。
现在已经确定的有O-*，O2-*，O22-*，O2-*等负离子吸附态以及电中性的氧吸附态，此外，在低温下还不稳定的O3-*O-* + O2→ O3-*O2（气）→O2（吸）→O2-*→2O-*→2O2-*不同的氧吸附态具有不同的催化能力。
现在认为O-*的反应能力强，与烃类的深度氧化有关，而在乙-*是导致主反应烯的选择性氧化制环氧乙烷的Ag催化剂上O2的吸附态。
N 2+M→ N=NM M (1)一个表面原子吸附一个N原子；(2)两个表面原子吸附一个N 2分子；。
