モデル化
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/06/12 05:41 UTC 版)
化学吸着の実験を行う際、特定の系における吸着量は吸着確率の値により定量される。 しかし、化学吸着の理論化は非常に困難である。 吸着における表面の影響は有効媒質近似（英語版）から導出される多次元ポテンシャルエネルギー面（PES）を利用して記述されるが、物質によって、用いられる部分は限られる。PES の単純な例では、以下のようにエネルギーを位置の関数として表わすことができる。 E ( { R i } ) = E e l ( { R i } ) + V ion-ion ( { R i } ) {\displaystyle E(\{R_{i}\})=E_{el}(\{R_{i}\})+V_{\text{ion-ion}}(\{R_{i}\})} ここで E e l {\displaystyle E_{el}} は電子の自由度についてのシュレーディンガー方程式のエネルギー固有値であり、 V i o n − i o n {\displaystyle V_{ion-ion}} はイオンの相互作用である。この式には並進エネルギーや回転準位、振動励起などは考慮されていない。 表面反応を記述するモデルとしてはいくつかのモデルが知られている。ラングミュア・ヒンシェルウッド機構では反応化学種の両方が吸着し、イーレイ・リディール機構では片方が吸着し、もう片方がそれと反応する。 現実の系には多数の不規則性が存在し、理論計算がより複雑になる。 固体表面は必ずしも平衡状態にあるとは限らない。 表面には外乱があったり、むらがあったり、欠陥があったりする。 吸着エネルギーには分布があり、特異な吸着サイトも存在する。 吸着質間で結合形成が起こる場合もある。 吸着質が単に表面に落ち着くだけの物理吸着とは異なり、化学吸着では表面構造によっては吸着質が表面上で変化することがある。表面構造は緩和を受けることがあり、表面に近い数層は、構造を保ったまま層間距離を変える可能性も、再構成を起こして構造を変化させる可能性もある。 たとえば、酸素は Cu(110) などの金属との間に非常に強固な結合 (~4 eV) を形成する。この過程で、表面結合が解離して表面・吸着質結合が形成される。列が失われることにより、大きな再構成が起こる場合がある。
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