清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)研究所所長徐柏慶、清華大學(xué)化學(xué)系教授劉磊評2007年諾貝爾化學(xué)獎獲獎項目：
表面化學(xué)在上世紀(jì)后半葉得到迅猛發(fā)展，大量研究成果被廣泛應(yīng)用于涂料、建材、冶金、能源等行業(yè)。20世紀(jì)60年代末起，表面化學(xué)開始成為一項獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科。現(xiàn)代工業(yè)如半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展也與表面化學(xué)息息相關(guān)，表面化學(xué)甚至可以幫助人們理解地球上空的臭氧層是如何遭到破壞的。
提起表面化學(xué)，德國科學(xué)家格哈德·埃特爾總是首先被人們提起。作為現(xiàn)代表面化學(xué)研究的主要奠基人，他在固體表面化學(xué)領(lǐng)域的開拓性研究幫助人們更好地理解鐵為何會生銹，以及燃料電池、固體催化劑和汽車尾氣催化凈化裝置的工作原理等。因此，他也獲得了2007年諾貝爾化學(xué)獎。
清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)研究所所長徐柏慶在接受《科學(xué)時報》采訪時評價說：“2007年諾貝爾化學(xué)獎授予在表面化學(xué)研究領(lǐng)域作出開拓性貢獻(xiàn)的德國科學(xué)家格哈德·埃特爾是無可非議的。”
讓表面化學(xué)更透徹
物質(zhì)的兩相之間密切接觸的過渡區(qū)稱為界面，若其中一相為氣體，這種界面通常被稱為表面。在相界面上所發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為界面現(xiàn)象或表面現(xiàn)象。研究各種表面現(xiàn)象實質(zhì)的科學(xué)稱為表面化學(xué)。
埃特爾的研究為現(xiàn)代表面化學(xué)提供了科學(xué)基礎(chǔ)，他的方法不僅被用于學(xué)術(shù)研究而且被用于指導(dǎo)化工催化劑的研發(fā)。徐柏慶介紹，表面化學(xué)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中均有著重要應(yīng)用，例如：石油煉制工業(yè)中的催化重整、加氫精制工藝，農(nóng)業(yè)肥料和農(nóng)藥的使用，表面污垢的清洗，室內(nèi)空氣凈化，大氣化學(xué)甚至臭氧層的破壞，金屬表面腐蝕與防腐，電子工業(yè)中半導(dǎo)體元件制作等。人造肥料中所含的氨，就是通過氮和氫在金屬鐵催化劑表面反應(yīng)而合成的。
在最初的研究中，埃特爾研究了氫原子在金屬表面的作用。由于物質(zhì)表面的化學(xué)活性很強(qiáng)，在普通狀態(tài)中很難研究某個獨(dú)特的變化。所以進(jìn)行這些實驗需要完全沒有污染的超高真空環(huán)境，以便觀察原子和分子是如何作用于真正純凈的金屬表面。
徐柏慶介紹說，埃特爾針對哈伯·博施合成氨催化工藝中的表面化學(xué)過程本質(zhì)所作的透徹研究，具有特別重要的科學(xué)意義。埃特爾還對鉑等貴金屬催化劑在一氧化碳氧化反應(yīng)中的作用進(jìn)行了透徹的研究，這是發(fā)生在凈化汽車尾氣的催化轉(zhuǎn)化器中的一個重要反應(yīng)。
“他是最先在分子原子層次上對表面化學(xué)開展研究的科學(xué)家，他的發(fā)現(xiàn)可以使人們認(rèn)識表面化學(xué)的發(fā)生過程。在這之前，對于表面化學(xué)的認(rèn)識停留在分子層次以上。另外，他對合成氨過程中鐵催化劑表面化學(xué)反應(yīng)的原子、分子過程的認(rèn)識非常透徹。展示了表面化學(xué)的巨大魅力，使整個人類都受益匪淺。”徐柏慶說。
徐柏慶認(rèn)為，合成氨是上世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，大規(guī)模人工固氮獲得成功，這使大規(guī)模生產(chǎn)化肥成為現(xiàn)實，德國化學(xué)家哈伯因此獲得1918年的諾貝爾化學(xué)獎，德國的化學(xué)工程師開發(fā)大規(guī)模合成氨高壓催化工藝獲得1931年諾貝爾化學(xué)獎。但那個時候還沒有對表面化學(xué)的研究，氮?dú)夥肿邮侨绾伟l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的也并不清楚。但隨后，埃特爾在表面化學(xué)領(lǐng)域長達(dá)40年的系統(tǒng)研究讓人們了解了合成氨表面化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理。“以前也有科學(xué)家在此領(lǐng)域作過研究，但沒有埃特爾作得那么系統(tǒng)、那么透徹。后者甚至為表面化學(xué)的研究提供了一套規(guī)范的理論和實驗方法。”徐柏慶說。
從表面到催化
工業(yè)催化是一個具有廣闊發(fā)展前途的新興學(xué)科，用石油、天然氣、煤等天然原料生產(chǎn)化工中間產(chǎn)品時，催化劑起著主要作用。雖然表面化學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，但它與催化劑息息相關(guān)，它是催化劑研究和發(fā)展的根基。
正是埃特爾在表面化學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)建的系統(tǒng)研究理論和方法，為幫助人們在實際應(yīng)用體系中更深入地認(rèn)識表面化學(xué)的本質(zhì)起到了重要作用。人們可以將他的理論和概念運(yùn)用到相關(guān)體系中，從而衍生出更為驚人的科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。
徐柏慶指出：“埃特爾的研究是完全基礎(chǔ)性的研究，他做出了表面分子反應(yīng)的動態(tài)學(xué)。以固體催化劑為基礎(chǔ)的多相催化過程，基本上是化學(xué)領(lǐng)域最具有支撐作用的核心技術(shù)。不僅對實際化工的生產(chǎn)，還對包括煤炭、天然氣和很多新能源在內(nèi)的能源利用有著深遠(yuǎn)的影響。此外，在環(huán)境保護(hù)中也會有大量對表面化學(xué)研究的需求。”
“目前，世界上現(xiàn)代的大型化工生產(chǎn)過程中，催化過程達(dá)80%以上，并已滲透到精細(xì)化學(xué)品的合成、藥物中間體的合成及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。新催化劑的開發(fā)已由技藝水平向分子設(shè)計方向發(fā)展。新催化劑和新催化工藝的出現(xiàn)，已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的增長點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起著重要作用。”徐柏慶對記者說。
“表面化學(xué)的反應(yīng)無時無刻不在我們周圍甚至是我們自己的身體中發(fā)生。埃特爾的方法、手段和概念幫助人們對各種表面現(xiàn)象提供研究方法和理論。現(xiàn)在表面化學(xué)已經(jīng)向多學(xué)科滲透，比如納米、太陽能、半導(dǎo)體甚至是生命體，都與表面化學(xué)密切相關(guān)。他的研究對科學(xué)家們解決這些問題有輻射作用。”徐柏慶說。
他是一個榜樣
與以往不同的是，此次諾貝爾化學(xué)獎并不是授予某一項具體的科研成果，而是對埃特爾在表面化學(xué)的多年研究給予肯定。
對于這一現(xiàn)象，徐柏慶認(rèn)為，埃特爾是一個非常聰明和執(zhí)著的人。對于很多僅僅把科學(xué)當(dāng)成職業(yè)的人來說，他是一個榜樣。
徐柏慶說：“這就是科學(xué)的魅力，埃特爾就有這種一直追求的精神。他長期在一個領(lǐng)域工作，對合成氨表面化學(xué)的研究孜孜以求。這凸顯出一個科學(xué)家的功底和他科學(xué)研究的含金量。”
“作為一個科研領(lǐng)域的工作者，我更愿意看到這樣的科學(xué)家獲得諾貝爾獎。”徐柏慶說。
清華大學(xué)化學(xué)系教授劉磊也對這個看法表示贊同：“這次化學(xué)獎的頒發(fā)對于我國表面化學(xué)研究領(lǐng)域的科學(xué)家也是一種鼓舞。此次獲獎呼聲很高的另外一位科學(xué)家在論文等數(shù)量上都要超過埃特爾，但最后并沒有把獎頒給他，這也說明為指標(biāo)而指標(biāo)的東西是沒有用的。”
“我國近些年在科學(xué)研究上進(jìn)步很快，但也可以發(fā)現(xiàn)，科研能力與國家的經(jīng)濟(jì)水平是正相關(guān)的。科學(xué)研究應(yīng)該為進(jìn)一步提高國家的綜合實力、國民的生活水平而發(fā)展。科學(xué)的目的不應(yīng)該是把某個人或某個組織推到諾貝爾獎上去，因此，我國科研整體水平的提高才是真正的目標(biāo)。”劉磊說。
