5-1. Adsorption : Physisorption, Chemisorption 비교

본 글은 고려대학교 화공생명공학과 하정숙 교수님의 강의록을 참고하였으므로,
이를 상업적으로 이용하면 안되며, 글을 가져가실 때는 꼭 출처와 댓글을 남겨주시기 바랍니다.

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1. Physisorption vs Chemisorption

1-1) physisorption

• adsorbate와 substrate 간에 Van Der Waals interaction
• 범위가 길지만, 힘 자체가 약하다.

1-2) chemisorption

• chemical bond를 형성하면서 surface에 분자가 붙어있는다.
• substarte에서 coordination number가 maximize하는 site를 찾는다.
• 그림에서 보는 것 처럼, surface에 가까워질수록 vibrational ferquency가 줄어든다. 이유는 surface와 vibration하기 때문이다.

cf) Coordination Number : 한 atom 주위에 몇 개의 atom이 있는지에 대한 수

2. Surface에서 반응이 일어나는 순서

1. surface와 interaction
2. dissociation
3. migration
4. nucleation or desorption

2-1) 그래프로 보는 surface에서의 반응

• Inelastic scattering : surface에서 튕겨질 수도 있다.
• Trapping : 일시적으로 잠깐 머문다. (Physisorption으로 연결)
• Activated Chemisorption : Chemisorption으로 넘어가는 구간에 activation energy가 있다.
• Direct Chemisorption : Physisorption에서 Trapping 되었다가 Chemisoprtion으로 단계적으로 이루어지거나, 바로 Chemisorption으로 이루어지기도 한다.

2-2) Adsoprtion에서 potential energy

• Molecular physisorption : surface-분자 거리가 멀어지면 E가 낮아지고, 가까워지면 E가 높아진다.
• Molecular chemisorption : surface-분자 거리가 멀어지면 E가 낮아지고, 가까워지면 E가 높아지지만, 중간에 surface-분자 거리가 최적화된 지점에서 E가 제일 안정하다.
• Nonactivated dissociative chemisorption : A+B구간에서 거리가 멀 때 E가 높은 이유는, dissociation된 후 chemisorption되어서 E가 높아진다. 그리고 그래프에서 중간에 만나는 지점에서 보면, physisorption에서 chemisorption 가려면 높은 E barrier가 없기 때문에 쉽게 넘어갈 수 있다.
• Activated dissociative chemisorption : 그래프에서 중간에 만나는 지점에서 보면, physisorption에서 chemisorption 가려면 높은 E barrier가 Nonactivated 할 때 보다는 E값이 양수이기 때문에 쉽게 넘어가지 못하며, 이 구간만큼의 E가 있어야지 반응이 일어날 수 있다.

2-3) Physisorption vs Chemisorption 비교 table

제목	Physisorption	Chemisorption
ΔH ads	5-40 KJ/mol	40-800KJ/mol
T	near or below mp	unlimited
Crystallographic specificity	independent	dependent
Nature of Adsorption	non-dissociative reversible	dissociative irreversible
Saturation	multilayer	1 monolayer
Kinetics	fast, non-activated	variable, activated
Bonding	Weak, Van der waals	Storng, Chemical bonding (ion> >covalent)