СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
Использование сравнительно большого числа экспериментальных методов связано в первую очередь с недостаточностью сведений о механизме катализа, отсутствием полной связи феноменологических параметров, определяющих катализ, с тонкой структурой вещества, Не представляется возможным назвать все факторы, определяющие скорость реакции, или составить прогноз выбора того или иного наилучшего по каталитическим свойствам материала.
Имеется множество противоречивых сведений о поведении катализаторов, полученных на основе экспериментальных данных в ведущих лабораториях мира. Приведем некоторые примеры.
1. Непонятна связь концентраций дефектов в кристаллах с каталитической активностью. Известно, что в хорошо отожженном кристалле на 1 см2 поверхности приходится 10!о поверхностных центров. Есть кристаллы, у которых число поверхностных центров составляет 1015 на 1 см2. В зоне дислокации следует ожидать изменения химического потенциала адсорбированных частиц, что должно сказаться на каталитических процессах. Дислокации, кроме того, являются источниками (стоками) вакансий, поэтому на них может происходить аккомодация примесей. Экспериментальные же данные по корреляции концентраций дефектов и каталитической активности крайне противоречивы. Сосновским, Ухарой и др. [3.28] установлена пропорциональность между ростом числа дислокации (полученных ионной бомбардировкой или механическим напряжением) и ускорением скорости процесса катализа; при уменьшении числа дислокаций (путем отжига) скорость реакции замедлялась. По Вудворду [3.29] — наоборот: окисление этилена на монокристаллах серебра происходит с меньшей скоростью при увеличении плотности дислокаций.
2. Не установлена связь между скоростью реакции и кристаллографической ориентацией на поверхности, несмотря на обилие литературы по этому вопросу. Имеется множество экспериментов, подтверждающих эту связь, но в других исследованиях показано, что скорость катализа не зависит от кристаллографической ориентации.
3. Противоречивы сведения о влиянии проводимости на процесс катализа. Разбиение катализаторов на три группы по их проводимости (работы Даудена) и попытки связать проводимость (через плотность электронов и электронные характеристики металлов) с каталитической активностью не дали желаемых результатов. Наряду с установлением корреляций между заселенностью d-зон никеля электронами и активностью металлов и сплавов обнаружено, в первую очередь на полупроводниках, что энергия активации уменьшается по мере того, как увеличивается концентрация электронов в поверхностной зоне (работы Шваба по окислению окиси углерода иа ZnO). И совершенно необъяснима с позиций теории Даудена
каталитическая активность диэлектриков, например алюмосиликатов при крекинге, проводимость которых ничтожна.
Мы не будем останавливаться на традиционных методах исследований процессов, связанных с катализом (например, метод определения поверхности по количеству адсорбированного газа — метод БЭТ, порометрия, вращающийся электрод, электрокапиллярные методы и т. п.). В нашем обзоре мы расскажем о новых и бурно развивающихся направлениях экспериментальной физики, переживающей период становления и накопления банка информации о различных параметрах структур, в первую очередь поверхности, границ раздела сред, в той или иной степени, а иногда и косвенно ответственных за сложное явление, именуемое обобщенным термином «катализ».