Основные понятия и термины нанонауки и нанохимии
жүктеу/скачать 1,04 Mb. Pdf көрінісі
|
| 4.2. Поверхность твердых тел
Основным подходом, используемым для описания структурных и электронных свойств атомов и молекул, входящих в состав поверхно- сти или адсорбированных на ней является метод молекулярных орби- талей, который позволяет конструировать химические связи и образо- вывать из атомов молекулы, нанокластеры и наночастицы и массивное 38 твердое тело. Орбитали получаются при решении уравнений кванто- вой механики (уравнение Шрёдингера). На поверхности монокристалла атомы образуют уменьшенное число связей по сравнению с массивными кристаллами, уменьшается и энергия связи, изменяется координирующая способность. Поверхность монокристалла представляет собой крайний, хотя и важный вид поверхности. Гораздо более распространен вид поверхно- сти, связанный с высокодисперсными и высокопористыми системами, например, оксидами, силикагелями, аэросилом, оксидом алюминия, цеолитами и т.д. Примесные атомы (особенно атомы переходных металлов) играют важную, а иногда и определяющую роль для характеристики поверх- ности, особенно в каталитических процессах. Существуют две особен- ности примесных атомов: изменение симметрии координации и коор- динационного числа и способность атомов собираться в нанокластеры. При рассмотрении структуры и свойств поверхности, включаю- щей слой или более атомов металлов или их оксидов, следует учиты- вать, что они сильно отличаются от таковых для отдельных атомов или атомных кластеров на поверхности. Поскольку появляется двумерная структура, то для характеристики свойств используются не отдельные атомные или молекулярные орбитали, их магнитные моменты и харак- теристические частоты, а электронные зоны, валентные зоны и зоны проводимости, фононные и магнонные возбуждения. Однако поверх- ностные состояния имеют энергии, отличные от массивных твердых тел. Одна из причин – нарушение трехмерной периодичности на по- верхности. В кристаллическом поле или поле лигандов пониженной симметрии для поверхности оксидов переходных металлов вырожде- ние d-уровней снимается, и их энергия становится ниже энергии вы- рожденных d-электронов массивного оксида. Для изучения зонной структуры поверхности применяют методы спектроскопии электронного проектора и ионного проектора, РФЭС и УФЭС, которые позволяют обнаружить поверхностные уровни. Все металлы характеризуются электропроводностью, но не все обладают магнитным упорядочением. К металлам, дающим магнитное упорядочение, относятся 3d (узкие энергетические зоны, наличие не- компенсированных атомных моментов) и 4f металлы. 39 Атомы на поверхности твердого тела и адсорбата можно характе- ризовать также с помощью понятий кислотно-основных связей, вве- денных Бренстедом и Льюисом. При рассмотрении свойств поверхности важно учитывать наличие на ней активных центров различной природы. Кислотный поверхност- ный центр Льюиса принимает электронную пару с участием адсорбен- та, что приводит к уменьшению общей энергии системы. Основный поверхностный центр Льюиса отдает электронную пару. Кислотный поверхностный центр Бренстеда отдает протон, а основный центр Бренстеда его принимает. жүктеу/скачать 1,04 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|