了不起的Sergio Trasatti：(一) 橫空出世

鋼鐵俠 1年前 (2022-04-09) 3083瀏覽

翱翔電化學天空的飛鳥

2021年6月20號，世界各地的國際電化學會（ISE）的會員，都收到了題為“Sergio Trasatti教授去世了”的郵件。數年前，當得知名字印在古早文獻上的Trasatti還在世時，我曾同樣感到震驚。

Sergio Trasatti (1937-2021) (圖片來源：ISE官網)

去年早些時候，ISE會刊原本籌劃了一個特輯，致敬曾擔任該刊主編長達十年之久、去年剛從特輯編輯的位置上退下來的Trasatti。誰料這個特輯，竟成為了他的紀念專輯。紀念Trasatti的活動延續到了2022年。近期，意大利電化學會將為紀念Trasatti舉辦一個專場會議[1]。

關于Trasatti的基本情況，可以從ISE出的官方訃告略知一二[2]。在這里，我僅就他發表于50年前的一篇文章[3]，寫一個短評，一瞥他獨特的研究風格。

理論物理學家Freeman Dyson曾把科學家分為俯視整個領域的飛鳥和鉆進泥土中的青蛙兩大類。[4] 我常和朋友們說，Trasatti是電化學界一只飛鳥。

當然所有人把目光投向電化學更深處時，Trasatti把目光投向了更遠處

這篇文章題為“Work function, electronegativity, and electrochemical behaviour of metals: II. Potentials of zero charge and “electrochemical” work functions”（金屬的功涵、電負性和電化學行為：第二部分，零電荷電位和電化學功函），于1971年發表在Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry（電分析化學和表面電化學雜志，是當時電化學的主流刊物）。Trasatti是1937年生人，時年34歲，任米蘭大學電化學研究所的助理教授，正處于職業生涯的早期。

這篇文章在1987年被美國科學信息研究所遴選為經典引文，并配發了Trasatti本人的回顧短文。[5]該短文開篇即言：“這篇文章是我科學研究生涯的一個里程碑。文章發表不久，我便通過期刊主編，收到了電化學家之神[6]——蘇聯科學院A.N. Frumkin院士——的來信。他表達了對我工作的興趣。我此后和Frumkin繼續（至少對我來說）激動人心的通信，直至1976年Frumkin意外離世。幾乎同時，我收到了第一個國際學術報告和第一份為一本書寫一個章節的邀請”

Frumkin被很多人稱為物理電化學之父（另稱現代電化學之父[7]），當時領導著全世界最強的電化學學派。很多西方電化學家寫的回憶文章中，經常記載他（她）們與Frumkin本人或者其學派交往的故事。比如說，北美重要的電化學家W. Ronald Fawcett，在回顧自己職業生涯一文中，花了很大篇幅記錄他在1971年秋天的布拉格的一次會議上見到Frumkin，并于1972年前往莫斯科訪學的經歷[8]。

回到Trasatti1971年的那篇文章。是什么樣的文章能夠讓高居奧林匹斯的Frumkin親筆致意？

為了更好理解Trasatti工作的意義，我覺得有必要先介紹一下當時的背景。1960年代，仰仗其深厚的理論功底，赤色蘇聯的Levich和Dogonadze和Kuznetsov等人，聯手建立了電化學界面電荷轉移的量子力學理論框架。我甚至懷疑，這樣一個即便幾十年后都讓美國人Bockris和Khan難以完全消化的理論[9]，是被這些蘇聯人當作物理課習題干掉的。在另一陣營的美國，Grahame通過他精細的實驗，把金屬溶液界面的雙電層理論推向了一個新的高度。

邁入1970年，電化學界一邊沉浸在基礎理論日臻完善的喜悅之中，一邊忙于精細地考慮雙電層結構對電極動力學的影響。陰離子電極反應中的Frumkin效應、電荷離散效應（discreteness of charge effect）、三態界面水模型等這些精深的工作，吸引了當時諸如Frumkin, Petrii, Damaskin, Parsons, Levine, Fawcett等主力部隊的火力（參考Fawcett的回顧[8]）。

身處電化學中心之外的一個默默無名的新兵，一槍打開了一個更大更新的戰場。

這個新兵就是Trasatti。

這個戰場就是電化學與其他領域之間的關聯。

“我始終相信，自然是有序的和規律的”

Trasatti在1987年的短文中寫下了小標題那一句話。他從1963年開始，在米蘭大學講授金屬物理。此后的十余年間，他一直思考金屬的電化學性能與其本身電子結構之間的關聯。

在紀念Trasatti的一文中，意大利費拉拉大學的榮休教授Achille DeBattisti回憶道：“通常在周六，他會花時間仔細查閱化學文摘的物理化學部分，并且詳細記錄電化學相關的數據” [1]。

經過數年的積累，Trasatti終于積攢了大量金屬的電子結構相關的數據和電化學數據。通過仔細的分析，他發現金屬的功涵（WF）和零電荷電位(PZC)之間存在線性關聯。在1971年的文章中，他提出一組著名的關系式：

PZC = WF – 4.61 – 0.666*(2.10-X)

對于除鉑和鈀族之外的過渡態金屬，以及鋅鋁鎵，X= 0.5*WF – 0.55

對于堿金屬、堿土金屬、sp金屬以及鉑和鈀族金屬， X = 0.5*WF-0.29

大家也許注意到了，并不是所有金屬元素都符合一個簡單的關系式，并且存在很多的特例。這些“不完美”之處，恰恰是Trasatti著力最多和了不起的地方。

在1971年文章的開頭，Trasatti就介紹了幾個其他人之前提出的WF-PZC關系式，包括Frumkin的式子：PZC=WF-4.72。包括Frumkin在內的其他人，都在試圖尋找一個統一的WF-PZC關系式。這些人似乎對自己找到的線性關系式很滿意，并把不符合他們所提出來的關系式的數據，統統歸結于實驗誤差。這種做法是合情合理的。

只有Trasatti較真了。

他細致地分析了WF和PZC實驗測量的誤差，指出PZC測量的準確性高于WF。根據他自己定下來的幾條原則，他篩選了一系列金屬的WF和PZC數據，發現并不存在一個統一的規律，而是過渡金屬和sp金屬符合不同的規律。

他沒有就此停住。他進一步去分析過渡金屬和sp金屬為什么符合不同的規律。他發現其中的奧秘是金屬表面水分子極化。過渡金屬對界面水分子有很強的化學吸附作用，而sp金屬僅是通過靜電作用調整界面水分子的取向。

他沒有就此止步。他進一步把sp金屬上水分子的取向極化與金屬元素的電負性關聯起來。

“我沒有發現一個新的關系式。我僅是通過對已有數據的批判分析，得到了一個更接近實際的關系式。我當然不是第一個去尋找這個關系式的人。我可能僅是更挑剔一點，從而為那些被當作誤差忽視的系統偏差，賦予了新的內涵。“他在1987年回憶道。

1971年的文章，長達28頁。Trasatti不厭其煩地分析每一個偏差。他不止是為偏差找一個自圓其說的理由。他甚至能夠從這些偏差中，發現重要的信息。

“毫無疑問，Trasatti的工作是十分有意義的。在鎘這個例子上，他甚至在實驗數據發表之前，便準確預測了它的表面親水性。”Frumkin在1973年提交的一篇文章中寫到[10]。

從Frumkin的字里行間，自然可以體會他當時決定親自給素未謀面的Trasatti寫信的心情。

這恐怕就是人生的矛盾之處

Trasatti 1971年文章的內涵是十分豐富的。我讀了很多遍，恐怕也只是了解他老人家思想中稍微淺顯的一部分。任何對電化學真正感興趣的人，應該去讀原文。我保證你會不虛此行。

若硬要我用一句話總結這篇文章的意義，我想如下的表述大體應該是合理的。Trasatti通過這篇文章，把電化學和表面物理、元素化學關聯起來了。

很多創新，實際上就是把原本看似無關的兩件事關聯起來。