格哈德·埃特尔（2007年诺贝尔化学奖得主）
| Gerhard Ertl | |
| 出生 | 1936年10月10日 德国斯图加特 |
|---|---|
| 国籍 | 德国 |
| 母校 | 斯图加特大学 慕尼黑大学 慕尼黑工业大学 |
| 知名于 | 固体表面化学过程、哈伯-博世催化机制 |
| 奖项 | 诺贝尔化学奖（2007） 沃尔夫化学奖（1991） 日本国际奖（2001） |
| 研究领域 | 表面化学、催化、物理化学 |
| 机构 | 慕尼黑大学 汉诺威大学 路德维希·马克西米利安大学慕尼黑 柏林工业大学 马克斯·普朗克弗里茨·哈伯研究所 |
| 配偶 | 芭芭拉·埃特尔 |
生平
格哈德·埃特尔（Gerhard Ertl）于1936年10月10日出生于德国斯图加特。他的父亲是一位工程师，母亲是家庭主妇。在第二次世界大战期间，埃特尔度过了动荡的童年。战后德国重建时期，他对科学产生了浓厚的兴趣，尤其是对化学和物理之间的交叉领域。
埃特尔在斯图加特大学攻读物理学，并于1957年获得学士学位。此后他转入慕尼黑大学继续深造，1961年获得物理学本科学位，随后在慕尼黑工业大学攻读博士学位。在博士研究期间，他师从海因茨·格贝尔（Heinz Gerischer）——一位著名的电化学家，并于1965年获得物理化学博士学位。
博士毕业后，埃特尔先后在慕尼黑大学、汉诺威大学和路德维希·马克西米利安大学慕尼黑（LMU）任教。1972年，他成为汉诺威大学物理化学教授。1973年，他接受了柏林工业大学物理化学领域的教授职位。1986年，他加入马克斯·普朗克学会（马普学会），成为柏林马普弗里茨·哈伯研究所的所长，领导表面化学与催化研究部门，一直工作至2004年退休。
学术生涯
埃特尔的学术生涯贯穿了表面科学从诞生到成熟的全过程。在20世纪60年代，表面科学还是一个相对新兴的领域，实验手段十分有限。埃特尔是最早认识到超高真空（UHV）技术和表面分析工具重要性的科学家之一。
在柏林工业大学和慕尼黑大学任职期间，埃特尔建立了当时德国最先进的表面科学实验室。他系统地采用低能电子衍射（LEED）、俄歇电子能谱（AES）、紫外线光电子能谱（UPS）、X射线光电子能谱（XPS）以及扫描隧道显微镜（STM）等一系列先进技术，对固体表面发生的化学反应进行原子和分子水平的精确研究。
埃特尔最著名的研究工作是系统地揭示了哈伯-博世（Haber-Bosch）合成氨反应的分子级机制——这是化学工业中最重要也是研究最广泛的催化反应之一。德国化学家弗里茨·哈伯和卡尔·博世在20世纪初发明了这一用于人工固氮生产氨的工艺，但该反应在原子和分子层面的详细机制在近一个世纪后才被埃特尔揭示。
获奖成就
2007年，埃特尔因"对固体表面化学过程的研究"被授予诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院在颁奖词中指出，埃特尔为表面化学建立了完整的研究方法论，使这一领域从"一门艺术"变为"一门科学"，其研究成果对理解催化、腐蚀、燃料电池和半导体工艺等具有根本性意义。
在此之前的几十年里，埃特尔已经获得了诸多国际顶级荣誉：1991年获得沃尔夫化学奖（化学领域最重要的奖项之一）；2001年获得日本国际奖；1987年获得德国化学会颁发的利比希纪念奖章；他还获得了英国皇家化学会的法拉第奖章（2000年）和美国化学会的朗缪尔奖（1976年）。
他是多个著名学术机构的院士，包括德国利奥波第那科学院、奥地利科学院、匈牙利科学院、美国国家科学院外籍院士，以及美国艺术与科学院外籍荣誉院士。
历史贡献
埃特尔对表面化学的贡献是多方面的，涵盖基础理论、实验方法和实际应用三个层面。
- 1. 哈伯-博世合成氨机制的揭示**：这是埃特尔最著名的工作。合成氨反应是一个看似简单但实际极为复杂的多步骤催化过程。在铁催化剂存在的情况下，氮气（N₂）和氢气（H₂）在高温高压下反应生成氨（NH₃）。埃特尔通过一系列精心设计的表面科学实验，揭示了每个基本步骤的分子细节：N₂分子吸附在铁表面后解离为两个氮原子（这是整个反应的限速步骤）；氢分子同样解离；然后逐步加氢生成NH、NH₂和最终产物NH₃。他还测定了每一步的活化能和速率常数，构建了完整的能量图谱。
- 2. 一氧化碳在钯表面的氧化反应**：这一反应是汽车尾气催化转化器的核心。埃特尔详细研究了CO和O₂在钯和铂表面的吸附和反应动力学，揭示了反应产物CO₂离开表面的机制。这些发现直接指导了催化转化器的材料设计改进。
- 3. 表面结构重建和吸附诱导相变**：埃特尔发现，当气体分子吸附到金属表面时，表面原子的排列方式会发生变化（称为表面重建）。这一发现从根本上改变了人们对固体表面的认识——表面不是静态的原子排列，而是一个动态的系统。
- 4. 扫描隧道显微镜在表面化学中的应用**：埃特尔是早期将扫描隧道显微镜（STM）应用于表面化学反应研究的先驱之一。利用STM，他能够"看见"单个分子在表面上的吸附、扩散和反应过程，实现了化学观察从宏观到单分子水平的飞跃。
- 5. 光电子能谱的发展**：他开发了使用同步辐射的光电子能谱方法，用于探测表面吸附分子的电子结构，为理解分子-表面化学键的本质提供了实验基础。
埃特尔的研究成果在工业催化、腐蚀防护、微电子加工、燃料电池开发和环境保护等领域产生了深远的实际影响。
轶事典故
- 选择表面化学的偶然**：埃特尔曾回忆说，他最初对核物理感兴趣，但在博士研究中接触到电极表面的电化学反应后，被表面现象的复杂性所吸引。"表面就像是物质的另一面，"他说，"在固体内部，原子有规律地排列着；但在表面上，一切都不同了——缺失的邻居、未满足的化学键——正是这种不完美才使得催化成为可能。"
- 延续德国催化传统**：埃特尔的工作在某种意义上完成了哈伯和博世近一百年前开创的事业——从"可以合成氨"到"理解如何合成氨"。从德国的化学传统看，哈伯发现了合成氨的方法并获奖（1918年诺贝尔化学奖），博世将其工业化（1931年诺贝尔化学奖），而埃特尔最终解开了其分子机制（2007年诺贝尔化学奖）。这三位德国科学家的接力跨越了一个世纪。
- 游泳与科学**：埃特尔是一名热情的游泳爱好者。他经常在清晨游泳，并说那是他思考科学问题的最佳时刻。他保持这个习惯长达数十年，即使在国际学术会议期间也不中断。
- 谦逊的诺奖得主**：当被告知获得诺贝尔奖时，埃特尔正在位于柏林的家中。他平静地接听了来自斯德哥尔摩的电话，然后继续他原计划的日常工作。在随后的新闻发布会上，他反复强调这一奖项是对整个表面化学领域的肯定，而非仅对他个人的表彰。
参考文献
1. Ertl, G. (2008). Reactions at surfaces: From atoms to complexity (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition, 47(19), 3524-3535. 2. Ertl, G. (1980). Surface science: An introduction. Academic Press. 3. Ertl, G., & Küppers, J. (1985). Low energy electrons and surface chemistry. VCH. 4. Ertl, G. (1994). Surface chemistry of heterogeneous catalysis. Surface Science, 299-300, 742-754. 5. 诺贝尔奖官方网站：Gerhard Ertl - Biographical. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2007/ertl/facts/ 6. Somorjai, G. A. (2007). Gerhard Ertl wins Nobel Prize for surface chemistry. Surface Science, 601(23), 5277-5278.