分子表面科学在过去的30年里取得了巨大的进步。这一发展的特点是，从简单模型系统获得的基础知识发生了革命，实验技术的数量出现了爆炸式增长。近十年来，利用密度泛函理论（DFT）对表面过程进行量子力学建模的研究取得了同样迅速的发展。

《表面和界面化学键合》更关注的是现象和概念，而非实验或理论技术。其目的是为描述原子和分子与表面的相互作用提供共同的基础，这将在科学和技术中得到广泛的应用。

本书始于表面吸附结构信息的概述，并讨论了一些重要的化学吸附系统的结构。第二章详细描述了观察到的表面结构中原子或分子与金属表面之间的化学键。第三章详细描述了表面上键形成和键断裂动力学的实验信息。然后基于d波段模型对多相催化的各个方面进行了深入分析。第五章涵盖了非常重要的硅和锗半导体表面的吸附和化学。剩下的两章着眼于固体-气体界面，并探索了固体-液体界面过程。最后一章概述了发生在与水和电解质接触的矿物和氧化物表面上的重要的环境化学过程。

本书聚焦表面化学键合的本质，将基础研究突破与近年DFT建模成果融会贯通，为研究者提供清晰的概念框架。

从金属表面化学键到半导体界面过程，再到环境化学应用，本书系统揭示了表面相互作用的物理化学原理。

特别适合需要理解表面吸附、催化反应和环境界面过程的研究人员，提供了从基础到前沿的完整知识体系。

每章深入探讨特定界面现象，如d波段模型在催化中的应用，以及固液界面的重要环境化学过程，理论与实践并重。

安德斯·尼尔松（Anders Nilsson）出生于瑞典，在乌普萨拉大学获得物理学博士学位，主要专注于物理与化学的基础研究，并在乌普萨拉大学工作数年。2000年，尼尔松搬去美国加州并成为了斯坦福大学一名光子科学教授, 2014年重回瑞典，任职斯德哥尔摩大学，作为化学物理学教授。尼尔松目前正在研究液态水的基本性质和结构，以及诸如与人工光合作用有关的，表面的化学能转换。他撰写了300多篇科学论文并合著了《表面和界面化学键合》一书。

拉尔斯·G.M.彼得松（Lars G.M. Pettersson）是瑞典斯德哥尔摩大学一名理论化学物理教授，其研究关键词包括密度泛函理论、电子结构、分子动力学模拟、能源、计算化学、量子化学分子动力学、分子建模、量子力学、计算材料科学等，已发表论文400余篇。

延斯·K.内斯科乌（Jens K. Nørskov）硕士毕业于丹麦奥胡斯大学(Aarhus University)物理化学专业，并于同校获理论物理博士。1987年-2010年，任教于丹麦科技大学。2010年-2018年，受聘于斯坦福大学化工系，并担任斯坦福大学界面科学与催化中心(SUNCAT)主任。2018年7月起，Nørskov教授重回丹麦科技大学物理系。Jens K. Nørskov教授是计算化学领域的领军人物，主要从事催化基础理论的相关研究，主要研究方向包括表面化学、异相催化、光电催化等。

Preface xi

1 Surface Structure 1

1 Why surface structure? 1

2 Methods of surface adsorbate structure determination 2

3 Adsorbate-induced surface reconstruction 11

4 Molecular adsorbates local sites, orientations and intramolecular bondlengths 19

5 Chemisorption bondlengths 38

6 Conclusions 48

2 Adsorbate Electronic Structure and Bonding on Metal Surfaces 57

1 Introduction 57

2 Probing the electronic structure 58

3 Adsorbate electronic structure and chemical bonding 63

4 Adsorbate systems 68

5 Radical atomic adsorption 69

6 Diatomic molecules 79

7 Unsaturated hydrocarbons 103

8 Saturated hydrocarbons 119

9 Lone pair interactions 127

10 Summary 134

3 The Dynamics of Making and Breaking Bonds at Surfaces 143

1 Introduction 143

2 Theoretical background 146

3 Experimental background 172

4 Processes 182

5 Summary and outlook 242

4 Heterogeneous Catalysis 255

1 Introduction 255

2 Factors determining the reactivity of a transition metal surface 256

3 Trends in adsorption energies on transition metal surfaces 257

4 The d-band model 259

5 Trends in chemisorption energies 267

6 Trends in activation energies for surface reactions 278

7 Brønsted-Evans-Polanyi relationships in heterogeneous catalysis 283

8 Activation barriers and rates 287

9 Variations in catalytic rates volcano relations 297

10 The optimization and design of catalyst through modeling 312

11 Conclusions and outlook 316

5 Semiconductor Surface Chemistry 323

1 Introduction 323

2 Structure of semiconductor surfaces 325

3 Surface oxidation 331

4 Passivation of semiconductor surfaces 334

5 Reactions at passivated semiconductor surfaces 339

6 Adsorption of organic molecules under vacuum conditions 351

6 Surface Electrochemistry 397

1 Introduction 397

2 Special features of electrochemical reactions 398

3 Electrochemistry at the molecular scale 412

4 Electrocatalytic reaction processes 418

5 Summary and outlook 448

7 Geochemistry of Mineral Surfaces and Factors Affecting Their Chemical Reactivity 457

1 Introduction 457

2 Environmental interfaces 461

3 Factors affecting the chemical reactivity of mineral surfaces 478

4 Conclusions 504

Index 511