Герхард Эртль

Краткая биография

Жизнь и работа

Герхард Эртль родился 10 октября 1936 года в Бад-Канштатте, районе Штутгарта. Он изучал физику в Штутгарте, Париже и Мюнхене, а докторскую степень получил в Техническом университете Мюнхена. Его научная карьера пришлась на период, когда химия поверхностей только начинала превращаться из набора отдельных наблюдений в точную экспериментальную дисциплину.

Поверхность твёрдого тела химически отличается от его внутренней части. Именно на поверхности молекулы газа сталкиваются с атомами катализатора, адсорбируются, распадаются, перемещаются и вступают в реакции. Для промышленной химии это критически важно: такие процессы лежат в основе катализа, производства удобрений, очистки выхлопных газов и множества других технологий. Но долгое время было трудно понять, что именно происходит на поверхности по шагам.

Главная проблема состояла в загрязнении. Обычная поверхность на воздухе почти мгновенно покрывается молекулами из окружающей среды. Чтобы изучать конкретную реакцию, необходимо было сначала получить хорошо охарактеризованную чистую поверхность, а затем контролируемо подавать на неё молекулы. Развитие технологий высокого вакуума в 1960-х годах дало такую возможность, и Эртль одним из первых систематически использовал её вместе со спектроскопическими и дифракционными методами.

Он исследовал, как отдельные стадии гетерогенного катализа связаны друг с другом: какие молекулы сначала адсорбируются, какие связи разрываются, какие промежуточные частицы образуются и какая стадия ограничивает скорость реакции. Особенно важными стали его исследования реакции образования аммиака на железе — центрального процесса синтеза Габера—Боша. Эртль показал, как поверхность железа активирует молекулярный азот и какие атомные конфигурации поверхности особенно важны для реакции.

Другой известный объект его исследований — окисление угарного газа на платине. Эта сравнительно простая реакция стала модельной системой для понимания катализа на поверхности. Работы Эртля показали, что поверхность не является пассивной площадкой: покрытие молекулами может меняться во времени, а сама реакция способна образовывать пространственные и временные структуры.

Сила подхода Эртля заключалась не в одном приборе или одном эксперименте. Он сочетал разные методы так, чтобы один измерял состав поверхности, другой — расположение атомов, третий — скорость реакции. Такая стратегия позволила перейти от общей фразы «катализатор ускоряет реакцию» к последовательному механистическому описанию того, что происходит на уровне молекул.

В 2007 году Эртль получил Нобелевскую премию по химии за исследования химических процессов на твёрдых поверхностях. Нобелевский комитет подчёркивал, что его работы создали методологическую основу современной химии поверхностей. Эта область необходима для понимания катализа, коррозии, электрохимии, топливных элементов и технологий полупроводников.

Работа Эртля остаётся хорошим примером того, как фундаментальная наука развивается вместе с экспериментальной техникой. Когда появилась возможность получать чистые поверхности и наблюдать их различными методами, химические процессы, прежде скрытые внутри работающего катализатора, стало возможно разбирать на отдельные элементарные стадии.