Oberflächenbindung

Oberflächenbindung bezeichnet die Anlagerung oder Bindung von Molekülen, Ionen oder Teilchen an die Grenzfläche zwischen zwei Phasen, typischerweise einer Festkörperoberfläche und einer Flüssigkeit oder Gasphase. Sie umfasst physikalische Prozesse (Physisorption) und chemische Reaktionen an der Oberfläche (Chemi- bzw. Chemisorption).

Bei der Physisorption wirken vorwiegend schwache Bindungen wie van der Waals-Kräfte; sie ist meist reversibel und temperaturabhängig. Die Chemisorption beinhaltet stärkere, oft kovalente oder ionische Bindungen und kann zu dauerhaften oder schwer reversiblen Bindungen führen. Die Ausprägung der Oberflächenbindung hängt von Faktoren wie der Oberflächenchemie, der Struktur der adsorbierten Spezies und den Umgebungsbedingungen ab. Häufig lassen sich Adsorptionsprozesse durch Modellierungen wie Langmuir- oder Freundlich-Isothermen beschreiben.

Wichtige Einflussfaktoren sind die Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit, vorhandene Funktionsgruppen, Ladung), Eigenschaften des Adsorbats (Größe, Polarität, Ladung) sowie Umweltparameter wie pH-Wert, Ionenstärke und Temperatur. Anwendungen reichen von Oberflächenmodifizierung in der Katalyse und Sensorik über Biomedizin (Proteinadsorption, Zelladhäsion) bis zur Entwicklung von Beschichtungen und Selbstorganisierten Monolagen (SAMs) auf Metalloberflächen.

Typische Analysemethoden umfassen Messungen der Massenänderung (QCM-D), Oberflächenplasmonenresonanz (SPR), Ellipsometrie, AFM sowie spektroskopische Techniken (XPS). Beispiele sind die Adsorption von Wasser an Silica, Proteinbindung an Oberflächen oder die Bildung von SAMs auf Gold zur Steuerung der Oberflächenbindung.