Oppervlaktesreactiviteit

Oppervlaktesreactiviteit verwijst naar de neiging van het oppervlak van een vaste stof om chemische reacties te ondergaan of te katalyseren. Atoomkernen op het oppervlak zijn vaak ondergecoördineerd ten opzichte van hun tegenhangers in de bulk, wat leidt tot hogere energie en tot een specifieke elektronische structuur. Deze ondercoördinatie creëert actieve locaties waar adsorptie, activatie van reagentia en reactiekanalen verschillen van wat in het bulkmateriaal gebeurt. De mate van oppervlaktesreactiviteit hangt af van factoren zoals het type oppervlak en de aanwezigheid van defecten.

Belangrijke factoren zijn het kristalvlak (facetten, randen en hoekpunten) en defecten, die de ondercoördinatie en elektronische structuur beïnvloeden. Dopants en legeringen wijzigen ook de activiteit. Omgevingscondities zoals temperatuur en druk, en de aanwezigheid van adsorbaten, bepalen mede de reactiviteit. Adsorptie kan fysisch of chemisorptie zijn; de aard van de adsorptie bepaalt of reagentia zich vastleggen en of activering mogelijk is. De migratie van adsorptieproducten geeft vaak de snelheid van reacties aan.

Experimenten en theorieën worden gebruikt om oppervlaktesreactiviteit te meten en te verklaren. Typische benaderingen omvatten XPS, LEED, STM en TPD, en computerberekeningen met density functional theory (DFT) en microkinetische modellering om adsorptie-energieën en activeringsbarrières te voorspellen. De d-band theorie helpt bij het begrijpen van trends in katalytische activiteit.

Toepassingen en ontwerp richten zich op katalyse, corrosie, sensoren en elektrochemische reacties. Ontwerpstrategieën omvatten controle over facetoriëntatie en nanostructuur, defect engineering, legeringen en oppervlaktebehandeling om gewenste reactiviteit te bereiken. Inzicht in oppervlaktesreactiviteit ondersteunt het selecteren en optimaliseren van materialen voor specifieke reacties en omstandigheden.