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文章编号：1005－6629(2008)01－0001－04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
2007年10月10日，瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会宣布，德国马普弗利兹-哈伯研究所科学家格哈德·埃特尔（Gerhard Ertl）（图1）获得2007年诺贝尔化学奖。
埃特尔为整个表面化学学科确立了一套试验思想，开创了一种全新的实验学派，他的研究结果无论在深度还是广度上都极大地加深了我们对表面化学的理解。诺奖文告也说明了：表面化学在现代科学发展中起着重要的作用。
表面化学是物理化学的一个分支，是在胶体化学基础上发展起来的一门古老而又年轻的学科。它主要研究在物质两相之间的界面上发生的物理化学过程。通常将气-固、气-液界面上发生的物理化学过程称为表面化学，而在固-液、液-液界面上发生的物理化学过程称为界面化学。但也有些学者将所有的界面过程化学问题都称作表面化学或界面化学，并不是分得很严格。可以说在自然界和工农业生产及日常生活中，到处都存在着在与表面化学有关的问题，如：水珠滴在干净的玻璃板上，就会自动铺展；但如果水珠滴在荷叶上，情况则完全相反，此种现象都与表面化性质有关。
表面化学与许多学科，如：电器及通讯器材学科、材料科学、医学、生物及分子生物学、土壤学、地质学、环境科学等都有密切联系。它在工农业生产与人们日常生活中都有广泛应用。如石油的开采、油漆涂料的生产、各种轻化工、日用化学品的制造、信息材料的制造、采矿中的浮选、环境污染的处理与防治。同时，食品、纺织、军工、体育用品、农药、建材等众多领域都与胶体和表面化学有关。因此，可以夸张地说，表面化学已经渗透到国民经济及人民生活的各个方面。
由于表面化学有着广泛应用的前景，国外对表面化学的研究与人材培养十分重视，对表面化学十分关注。早在上世纪50-60年，许多发达国家的大学及集团公司内就成立了表面化学研究机构。如美国的Clarkson大学的胶体和表面化学研究所集中了几个系科的教授、学者、数十位研究生及大批的国内外访问学者从事表面化学的研发工作，是世界著名的表面化学研究中心，特别是在纳米科学与均分散体系等方面有着突出的贡献。英国Bristol大学的胶体和表面化学研究中心实力雄厚、设备先进，拥有多名世界著名教授，培养了大量研究生。德国马普弗利兹-哈伯研究所（Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft），就是此次获得诺贝尔化学奖的格哈德·埃特尔教授所在单位，在胶体和表面化学研究方面也获得了显著的成绩，尤其是近年来在纳米材料方面有很好的成就。俄国对胶体和表面化学研究的研发也非常重视，有多个国家实验室及大学参与这方面的研究和人才培养。在胶体和表面化学学科发展过程中，著名的具有里程碑意义的稳定性理论（D.L.V.O.理论）中就有俄国科学家的贡献。国外的许多大公司如：石油公司、日用化妆品公司、油漆涂料等公司都设有专门的胶体和表面化学方面的研究机构。在表面化学学科中著名的B.E.T.公式就是出自公司中从事表面化学工作的人员之手。正如诺贝尔化学奖的文告中指出的，表面化学不仅被用于学术研究而且被用于化学工业研发。国外的表面化学研究中很重要的特点是大学、研究所、公司企业的生产部门之间的合作密切，理论研究与应用技术结合得比较好，同时许多公司企业愿意在表面化学方面投入研发经费。因而自60年代以来，国外表面化学的研发成果也较快地促进了经济的发展。我国在80年代前从事胶体和表面化学研究和教学工作的很少，能培养表面化学人才的仅两所大学，也极少有企业参与并支持表面化学的研究，与国外比较是相对落后的。从80年代开始，国内发生了很大变化，从事胶体和表面化学研究的队伍不断壮大，有多所大学在培养胶体和表面化学的研究生。在80年代，原石油部率先与中科院合作成立联合实验室进行胶体和表面化学的研究。现在一些企业也开始组建研发机构，目前我国的胶体和表面化学的研究已广泛展开，并在多个学科中取得良好的成绩，如：分子有序组合、分子自组装、纳米材料、表面活性剂、半导体表面化学、基因芯片、复合材料等。目前也已将胶体和表面化学应用到生命科学、环境治理、石油开采、日化用品等领域。2006年10月，第12届国际胶体和表面化学在北京召开，就可说明我国在这方面也取得了较好的成绩。但与国外相比，我国的表面化学应用与研究的力量还比较薄弱, 自主创新的领域还不多，与产业部门的要求及实际需要相比差距较大。此外，还应充分认识到这一学科对相关学科的推动和促进作用以及在经济发展中存在的巨大潜能。因此，我们要加强产学研之间的相互协作，进行一些开创性的研发工作，以提高胶体和表面化学在理论探索和经济发展中的贡献率。
现代测试技术的发展以及超高真空设备的不断完善，有力地促进了表面化学自身的发展。从国内外刊物的报导及发展趋势看，目前表面化学研发的内容主要有以下几个方面。
1. 表面活性剂的物理化学研究
表面活性剂是一种具有两亲分子结构特征（亲水性、亲油性），易富集于界面，可改变界面性质，对界面的物理化学过程产生影响，能引起表面张力变化的精细化合物。表面活性剂在一定浓度下可以形成胶束，在给定条件下可具有各种特定的性能如：分散或絮聚、乳化或破乳、起泡或消泡、润湿或抗粘、增稠或增溶、抗静电以及防腐等一系列物化作用。国际上已有万余种表面活性剂，2005年全世界的消费量高达1250万吨，其中用于家用洗涤剂约640万吨，制造个人护理100万吨，工业应用约510万吨。从这些数据可看出表面活性剂对人民生活和工业生产的重要性。我国在2006年表面活性剂的产量约150万吨，品种约有2500个。其中民用占有55%，工业用占45%，由此可见我国在品种和产量上还远远不够满足需要。表面活性剂的实际应用非常广泛，几乎涉及到工农业生产和日常生活的各个领域。如：能源、化妆品、纺织、医药卫生、食品工业、矿产等。在能源中应用的有：利用表面活性剂的超低表面张力性能用作油藏的三次采油、节约用油以煤代油中的煤水浆、煤油浆以及煤-油-水三维新型新燃料，可以做到不降低热值却能节约用油40%以上。此外表面活性剂在制革、洗涤剂、造纸等行业中更是不可缺少的重要原材料之一。在所有应用的领域，都需对表面活性剂进行物理化学性能的测定和机理研究，这样才能提高表面活性剂的利用效率。迄今为止，对表面活性剂的理论研究已有很大的进展：如采用中子散射、红外反射光谱、磁共振等到先进仪器设备来研究表面活性剂在水溶液中的溶存状态、胶团的形成机理、微乳的形成及其特性、表面活性剂的结构与性能关系等。近年来在表面活性剂的基础理论研究中出现多项较新的研究动向都是比较新颖的。如：分子有序组合、分子自组装以及表面活性剂分子在表面上的粘弹性测定，其中弹性模量参数可以预测表面活性剂的多项性能如起泡的稳定性等。另外还出现了对表面活性剂具有依赖性的分离技术，即利用表面活性剂的吸附、起泡、乳化等性能用于生物制品的分离提纯及污染的防治等。所以表面活性剂是表面化学的重要研究方向和内容。
2固体表面化学的研究
2007年的诺贝尔化学奖，就是表彰格哈德·埃特尔教授在固体表面化学所作的开创性研究。固体表面化学也是近年来国内外大力开展的研究内容。这一领域的发展与高纯材料和半导体元件的制备、吸附、催化等一系列电子通讯工业及化学化工、新材料工业的兴起有关。这方面的研究难度较大，需要较先进的仪器设备如光电子能谱仪、低能电子衍射、电子能谱等。目前，我国已有一些单位具备这方面工作条件，可以开展这方面的研究工作。固体表面化学研究内容中另一个重要方面是：气-固、气-液之间的吸附、催化等性能的研究。因为这些研究内容是许多重要工业应用的基础数据，也是目前环境治理中需要的数据资料，为催化、污染防治、染织、选矿、从海水中提取镁及放射性元素铀等领域提供理论指导。近年来对TiO2纳米材料表面改性以提高光催化效率的工作取得了很大的进展，已在净化空气及环境治理中发挥了有益作用。此外，固体表面化学的光催化性能还用于新型光电材料的探索、环境治理中固化NOX、分解有机物、还原CO2等研究工作。
3 膜科学研究
膜科学研究是近几十年来发展比较快的表面化学研究内容，已成为现今化学工业中不可缺少的实用工艺。在膜材料方面现已发展了许多有实用价值的膜。如无机陶瓷膜、玻璃态膜、高分子膜及液膜等，它们在分离提取工艺方面有其特有的应用价值。现已研究出反渗透膜（RO）、微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、电渗析膜（ED）、气体分离膜（GS）等。而近年来发展起来的催化功能膜，如可用于组成燃料电池的质子交换膜就是很有理论意义和实用价值的新材料。LB膜是用拉升的技术将水表面上的有机物质转移到固体表面，可用于半导体技术、非线性光学、组装分子器件、模拟生物膜等领域，也是现今研究凝聚态物理的一项新技术。另外，我国在模拟细胞膜方面也已做过很多研究，并研制成一些有效的抗癌药物。
4分散体系表面化学研究
纳米颗粒的制备过程及性能研究就是分散体系中表面化学研究的一个实例，这关系到纳米颗粒在水体中的分散、聚集、稳定及表面改性等工艺过程。同样这些技术也可用于食品、化妆品、涂料油漆等行业。分散体系表面化学研究有着理论与实际开拓的广泛应用前景，如磁流液、电流变液的研究极具实用价值。它是一种具有对磁、电敏感的分散体系，加上电场或磁场就能使这种分散体系（能流动性的液体）立即转变成固体，去掉电场或磁场就能使这种分散体系立即重新转变成液体，有着良好的可逆性。磁流液、电流变液的性能提高后，一旦成功将会使机器人的传动更简化、汽车等传动的结构更简单，将引起机械制造工业的革命性变化，国外有专家估计：电流变液技术如能达到应用要求，业内年产值可达数十亿美元。这对表面化学来说是一个机遇也是一项挑战。
表面化学研究的领域还很多，限于篇幅本文不再一一叙述。此次格哈德·埃特尔教授因在固体表面化学领域所作的开创性研究而获得2007年诺贝尔化学奖，就说明表面化学这一学科的重要性。我们相信，随着科学的进步，表面化学将具有更广阔的发展前景，同时也会在更多领域为人类的进步作贡献。
参考文献：
[1]姜兆华等. 应用表面化学与技术[M]. 哈尔滨工业大学出版社，2000.
[2]http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/
[3]王相田，胡黎明，胡英.胶体科学的现状及发展[J].自然杂志，1997年19（4），227-230.
[4]Book of Abstracts of 12th International Conference on Surface and Colloid Science, October 15-20, 2006, Beijing, China.
2007年10月10日，瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会宣布，德国马普弗利兹-哈伯研究所科学家格哈德·埃特尔（Gerhard Ertl）（图1）获得2007年诺贝尔化学奖。
埃特尔为整个表面化学学科确立了一套试验思想，开创了一种全新的实验学派，他的研究结果无论在深度还是广度上都极大地加深了我们对表面化学的理解。诺奖文告也说明了：表面化学在现代科学发展中起着重要的作用。
表面化学是物理化学的一个分支，是在胶体化学基础上发展起来的一门古老而又年轻的学科。它主要研究在物质两相之间的界面上发生的物理化学过程。通常将气-固、气-液界面上发生的物理化学过程称为表面化学，而在固-液、液-液界面上发生的物理化学过程称为界面化学。但也有些学者将所有的界面过程化学问题都称作表面化学或界面化学，并不是分得很严格。可以说在自然界和工农业生产及日常生活中，到处都存在着在与表面化学有关的问题，如：水珠滴在干净的玻璃板上，就会自动铺展；但如果水珠滴在荷叶上，情况则完全相反，此种现象都与表面化性质有关。
表面化学与许多学科，如：电器及通讯器材学科、材料科学、医学、生物及分子生物学、土壤学、地质学、环境科学等都有密切联系。它在工农业生产与人们日常生活中都有广泛应用。如石油的开采、油漆涂料的生产、各种轻化工、日用化学品的制造、信息材料的制造、采矿中的浮选、环境污染的处理与防治。同时，食品、纺织、军工、体育用品、农药、建材等众多领域都与胶体和表面化学有关。因此，可以夸张地说，表面化学已经渗透到国民经济及人民生活的各个方面。
由于表面化学有着广泛应用的前景，国外对表面化学的研究与人材培养十分重视，对表面化学十分关注。早在上世纪50-60年，许多发达国家的大学及集团公司内就成立了表面化学研究机构。如美国的Clarkson大学的胶体和表面化学研究所集中了几个系科的教授、学者、数十位研究生及大批的国内外访问学者从事表面化学的研发工作，是世界著名的表面化学研究中心，特别是在纳米科学与均分散体系等方面有着突出的贡献。英国Bristol大学的胶体和表面化学研究中心实力雄厚、设备先进，拥有多名世界著名教授，培养了大量研究生。德国马普弗利兹-哈伯研究所（Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft），就是此次获得诺贝尔化学奖的格哈德·埃特尔教授所在单位，在胶体和表面化学研究方面也获得了显著的成绩，尤其是近年来在纳米材料方面有很好的成就。俄国对胶体和表面化学研究的研发也非常重视，有多个国家实验室及大学参与这方面的研究和人才培养。在胶体和表面化学学科发展过程中，著名的具有里程碑意义的稳定性理论（D.L.V.O.理论）中就有俄国科学家的贡献。国外的许多大公司如：石油公司、日用化妆品公司、油漆涂料等公司都设有专门的胶体和表面化学方面的研究机构。在表面化学学科中著名的B.E.T.公式就是出自公司中从事表面化学工作的人员之手。正如诺贝尔化学奖的文告中指出的，表面化学不仅被用于学术研究而且被用于化学工业研发。国外的表面化学研究中很重要的特点是大学、研究所、公司企业的生产部门之间的合作密切，理论研究与应用技术结合得比较好，同时许多公司企业愿意在表面化学方面投入研发经费。因而自60年代以来，国外表面化学的研发成果也较快地促进了经济的发展。我国在80年代前从事胶体和表面化学研究和教学工作的很少，能培养表面化学人才的仅两所大学，也极少有企业参与并支持表面化学的研究，与国外比较是相对落后的。从80年代开始，国内发生了很大变化，从事胶体和表面化学研究的队伍不断壮大，有多所大学在培养胶体和表面化学的研究生。在80年代，原石油部率先与中科院合作成立联合实验室进行胶体和表面化学的研究。现在一些企业也开始组建研发机构，目前我国的胶体和表面化学的研究已广泛展开，并在多个学科中取得良好的成绩，如：分子有序组合、分子自组装、纳米材料、表面活性剂、半导体表面化学、基因芯片、复合材料等。目前也已将胶体和表面化学应用到生命科学、环境治理、石油开采、日化用品等领域。2006年10月，第12届国际胶体和表面化学在北京召开，就可说明我国在这方面也取得了较好的成绩。但与国外相比，我国的表面化学应用与研究的力量还比较薄弱, 自主创新的领域还不多，与产业部门的要求及实际需要相比差距较大。此外，还应充分认识到这一学科对相关学科的推动和促进作用以及在经济发展中存在的巨大潜能。因此，我们要加强产学研之间的相互协作，进行一些开创性的研发工作，以提高胶体和表面化学在理论探索和经济发展中的贡献率。
现代测试技术的发展以及超高真空设备的不断完善，有力地促进了表面化学自身的发展。从国内外刊物的报导及发展趋势看，目前表面化学研发的内容主要有以下几个方面。
1. 表面活性剂的物理化学研究
表面活性剂是一种具有两亲分子结构特征（亲水性、亲油性），易富集于界面，可改变界面性质，对界面的物理化学过程产生影响，能引起表面张力变化的精细化合物。表面活性剂在一定浓度下可以形成胶束，在给定条件下可具有各种特定的性能如：分散或絮聚、乳化或破乳、起泡或消泡、润湿或抗粘、增稠或增溶、抗静电以及防腐等一系列物化作用。国际上已有万余种表面活性剂，2005年全世界的消费量高达1250万吨，其中用于家用洗涤剂约640万吨，制造个人护理100万吨，工业应用约510万吨。从这些数据可看出表面活性剂对人民生活和工业生产的重要性。我国在2006年表面活性剂的产量约150万吨，品种约有2500个。其中民用占有55%，工业用占45%，由此可见我国在品种和产量上还远远不够满足需要。表面活性剂的实际应用非常广泛，几乎涉及到工农业生产和日常生活的各个领域。如：能源、化妆品、纺织、医药卫生、食品工业、矿产等。在能源中应用的有：利用表面活性剂的超低表面张力性能用作油藏的三次采油、节约用油以煤代油中的煤水浆、煤油浆以及煤-油-水三维新型新燃料，可以做到不降低热值却能节约用油40%以上。此外表面活性剂在制革、洗涤剂、造纸等行业中更是不可缺少的重要原材料之一。在所有应用的领域，都需对表面活性剂进行物理化学性能的测定和机理研究，这样才能提高表面活性剂的利用效率。迄今为止，对表面活性剂的理论研究已有很大的进展：如采用中子散射、红外反射光谱、磁共振等到先进仪器设备来研究表面活性剂在水溶液中的溶存状态、胶团的形成机理、微乳的形成及其特性、表面活性剂的结构与性能关系等。近年来在表面活性剂的基础理论研究中出现多项较新的研究动向都是比较新颖的。如：分子有序组合、分子自组装以及表面活性剂分子在表面上的粘弹性测定，其中弹性模量参数可以预测表面活性剂的多项性能如起泡的稳定性等。另外还出现了对表面活性剂具有依赖性的分离技术，即利用表面活性剂的吸附、起泡、乳化等性能用于生物制品的分离提纯及污染的防治等。所以表面活性剂是表面化学的重要研究方向和内容。
2固体表面化学的研究
2007年的诺贝尔化学奖，就是表彰格哈德·埃特尔教授在固体表面化学所作的开创性研究。固体表面化学也是近年来国内外大力开展的研究内容。这一领域的发展与高纯材料和半导体元件的制备、吸附、催化等一系列电子通讯工业及化学化工、新材料工业的兴起有关。这方面的研究难度较大，需要较先进的仪器设备如光电子能谱仪、低能电子衍射、电子能谱等。目前，我国已有一些单位具备这方面工作条件，可以开展这方面的研究工作。固体表面化学研究内容中另一个重要方面是：气-固、气-液之间的吸附、催化等性能的研究。因为这些研究内容是许多重要工业应用的基础数据，也是目前环境治理中需要的数据资料，为催化、污染防治、染织、选矿、从海水中提取镁及放射性元素铀等领域提供理论指导。近年来对TiO2纳米材料表面改性以提高光催化效率的工作取得了很大的进展，已在净化空气及环境治理中发挥了有益作用。此外，固体表面化学的光催化性能还用于新型光电材料的探索、环境治理中固化NOX、分解有机物、还原CO2等研究工作。
3 膜科学研究
膜科学研究是近几十年来发展比较快的表面化学研究内容，已成为现今化学工业中不可缺少的实用工艺。在膜材料方面现已发展了许多有实用价值的膜。如无机陶瓷膜、玻璃态膜、高分子膜及液膜等，它们在分离提取工艺方面有其特有的应用价值。现已研究出反渗透膜（RO）、微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、电渗析膜（ED）、气体分离膜（GS）等。而近年来发展起来的催化功能膜，如可用于组成燃料电池的质子交换膜就是很有理论意义和实用价值的新材料。LB膜是用拉升的技术将水表面上的有机物质转移到固体表面，可用于半导体技术、非线性光学、组装分子器件、模拟生物膜等领域，也是现今研究凝聚态物理的一项新技术。另外，我国在模拟细胞膜方面也已做过很多研究，并研制成一些有效的抗癌药物。
4分散体系表面化学研究
纳米颗粒的制备过程及性能研究就是分散体系中表面化学研究的一个实例，这关系到纳米颗粒在水体中的分散、聚集、稳定及表面改性等工艺过程。同样这些技术也可用于食品、化妆品、涂料油漆等行业。分散体系表面化学研究有着理论与实际开拓的广泛应用前景，如磁流液、电流变液的研究极具实用价值。它是一种具有对磁、电敏感的分散体系，加上电场或磁场就能使这种分散体系（能流动性的液体）立即转变成固体，去掉电场或磁场就能使这种分散体系立即重新转变成液体，有着良好的可逆性。磁流液、电流变液的性能提高后，一旦成功将会使机器人的传动更简化、汽车等传动的结构更简单，将引起机械制造工业的革命性变化，国外有专家估计：电流变液技术如能达到应用要求，业内年产值可达数十亿美元。这对表面化学来说是一个机遇也是一项挑战。
表面化学研究的领域还很多，限于篇幅本文不再一一叙述。此次格哈德·埃特尔教授因在固体表面化学领域所作的开创性研究而获得2007年诺贝尔化学奖，就说明表面化学这一学科的重要性。我们相信，随着科学的进步，表面化学将具有更广阔的发展前景，同时也会在更多领域为人类的进步作贡献。
参考文献：
[1]姜兆华等. 应用表面化学与技术[M]. 哈尔滨工业大学出版社，2000.
[2]http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/
[3]王相田，胡黎明，胡英.胶体科学的现状及发展[J].自然杂志，1997年19（4），227-230.
[4]Book of Abstracts of 12th International Conference on Surface and Colloid Science, October 15-20, 2006, Beijing, China.