我的2000年開始旅行

今年化學諾貝爾獎獎落德國的哈德·埃特爾(Gerhard Ertl)。如同諾貝爾獎提到的得獎理由：固態表面的化學過程，埃特爾長期以來在固態化學有長足的研究與影響力。埃特爾的貢獻在於解決自哈伯到Langmuir對於表面化學中分子機制的突破。哈德·埃特爾長期的研究主要在於固氣非勻相的反應──小氣體分子碰撞到固體表面到底會發生什麼事？這個過程中分子可能單純地被反彈或者是被吸附(adsorbed)，在後者分子有機會進而活化，產生許多有趣的化學反應與現象，直接與表面反應或者與表面其他吸附的分子結合形成新的產物。這類的化學如今廣泛地應用在工業製造，最為熟悉的就發生在你自己的愛車身上，現代化的汽缸會鍍上一層觸媒促進燃燒的完全以及減少一氧化碳的產生。

哈柏法工業製程

如果要解釋固相觸媒，從1913年哈伯法說起將會是個故事的好開頭，當時哈伯利用氮氣與氫氣在高溫下通過鐵絲形成了氨，並促進了化學肥料與農業的進一步革命。而這裡發生的化學就是我們剛剛所說的，當氮氣分子與氫氣分子在鐵觸媒上有機會一起舞蹈，請原諒我如此形容，因為如果你願意想像，氣氛子強韌的三鍵在此時鬆動了，與氫氣分子開始有了進一步接觸。由於觸媒表面的缺陷或是特殊晶相使得氮氣分子有機會被活化，讓想像中很難的反應以較輕鬆的方式進行，如果用術語來說，這時候反應的自由能降低了經由另一條闢徑產生了氨。

哈德·埃特爾(Gerhard Ertl)的貢獻便是填補了自Langmuir以來經驗性描述吸附過程的空缺，由於五六零年代半導體科技對於高真空的進步，以及偵測表面氣體分子儀器的誕生，哈德得以突破製特定表面的成份與方法學。在那個時代表面科學已經逐漸成形，到六零年代末期，幾乎有了各種方法來觀測表面上氣體的動態。哈德解決了長期以以來氫氣分子為什麼可以吸附在鈸(palladium)、白金(platinum)與鎳(nickel)的問題(以及電化學中的氫電極)。藉由低能電子衍射(LEED(Low Energy Electron Diffraction))，哈德可以觀察晶格表面上分子化學吸附的狀態，並配合其他光譜技術了解。時至七零年代中期，雖然一直都知道氮氣的裂解是關鍵的反應決定步驟，但哈德進一步去觀看哈伯法中到底發生什麼了故事。

根據Langmuir-Hinshelwood的模式，哈柏法第一步是氮氣與氫氣的吸附，氫氣的直接吸附是可理解與接受，但是氮氣如何打斷三鍵伸出雙手來接納氫原子以接下來進行反應呢？靠著光電子光譜，哈德描述表面上鐵-氮的結構，經由(111), (110) and (100)不同的晶相，向我們解說氮分子在觸媒表面上的舞步。接下來是更精彩的推導，藉由歐傑電子光譜術((AES)Auger Electron Spectroscopy)，，哈德用商用觸媒發現吸附在金屬表面的如果不是氮原子就沒有其他可能，過去氫加氮的反應終於真相大白。

哈德對於哈伯法的研究提供了一個模型，一套方法學使得表面化學能系統化解決更複雜的問題，除此之外，他更建立一套廣泛易解的觸媒催化機制持續影響的異相觸媒這個領域。哈德也解決了1977 化學諾貝爾獎I. Prigogine震盪反應(碎形數學或渾沌學也常論及的化學反應)，提供非線性動力學另一個微觀觀點──在CO與Pt的反應系統中，CO促進了晶相的重組而造成震盪反應的效應。

時興的燃料電池，或是工業常聽到的脫硫製程，以及肥料，更甚無數製藥的觸媒反應，再再說明表面化學與我們的生活與未來是多麼連結緊密，而哈德的貢獻則是繼Langmuir之後，另一位大師，他加深我們對於異相反應的理解，他精準地告訴你分子就是那樣子跳起舞來。

註：固態或表面化學提到的吸附是有細分的，分為化學吸附(adsorbed)與物理吸附(absorbed)
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