Хи́мия пове́рхности, междисциплинарная область науки, предметом изучения которой служат состав, структура и свойства межфазной границы, а также протекающие на ней химические превращения. Под межфазной границей понимают границу раздела фаз «твёрдое тело – твёрдое тело», «твёрдое тело – жидкость», «твёрдое тело – газ», «жидкость – жидкость» и «жидкость – газ». Понятие «поверхность» корректно использовать только для границы раздела «твёрдое тело – вакуум».

Химия поверхности соприкасается с такими областями химии, как коллоидная химия, электрохимия (в части процессов, протекающих на поверхности электродов), гетерогенный катализ, адсорбция, хроматография, а также с биохимией и молекулярной биологией (в части процессов, протекающих на клеточных мембранах) и др. Методы химии поверхности используют для получения катализаторов, сорбентов, наполнителей полимеров, сенсоров, полупроводниковых микросхем и гетероструктур, биочипов, твердофазного синтеза полипептидов и других биологически активных веществ и т. д. Наиболее ярко принципы и методы химии поверхности проявляют себя в нанотехнологиях.

Состав, структура и свойства межфазной границы в общем случае отличаются от таковых для объёма фаз. Это связано, в частности, с явлением адсорбции – увеличением концентрации растворённого вещества на границе раздела двух фаз. Т. к. частицы, находящиеся на поверхности фазы (атомы, ионы или молекулы), связаны с меньшим количеством соседей, чем частицы в объёме фазы, – они обладают большей энергией (избыточной энергией) и свободными координационными местами (или свободными валентностями), что предопределяет их бо́льшую реакционную способность. Частицы, находящиеся на поверхности фазы, могут вступать в химическое взаимодействие с компонентами другой фазы (окружающей среды). На практике наиболее распространены реакции с водой и кислородом. Это приводит, например, к образованию оксидных (гидроксидных) слоёв на поверхности металлов и неметаллов, таких как кремний. В пределе такие реакции затрагивают только атомы, расположенные непосредственно на поверхности, вследствие чего, например, поверхность кремния или кремнезёма (SiO₂) составлена из атомов кремния, связанных с гидроксильной группой Si−OH. Характерные особенности межфазной границы – её бо́льшая дефектность по сравнению с объёмом фазы (за счёт выступов, впадин и дислокаций) и неоднородность находящихся на поверхности частиц вследствие их различного окружения.

Среди многочисленных групп химических реакций, протекающих на межфазной границе, можно выделить следующие:

1. Процессы деградации и роста фазы, которые всегда протекают на межфазной границе. К ним относятся процессы растворения, окисления, кристаллизации и т. п.

2. Процессы, в которых межфазная граница служит местом осуществления реакции, но сама при этом не изменяется. К ним относятся, например, реакции в адсорбированных слоях и электродные процессы, в которых не происходит образования новой фазы. Поверхность при этом может играть активную роль, как, например, в случае гетерогенных катализаторов.

3. Процессы целенаправленного изменения состава и структуры межфазной границы для придания ей требуемых свойств; например, модифицирование поверхности твёрдых тел для изменения их лиофильности и лиофобности, адсорбционных, каталитических, адгезионных, оптических, электрических и прочих свойств. Это осуществляют: нанесением тонких, в пределе мономолекулярных, слоёв другой фазы – например, методами Ленгмюра – Блоджетт, молекулярно-лучевой эпитаксии, химического осаждения из газовой фазы, полимеризации на поверхности и т. д.; окислением, восстановлением, гидролизом и другими химическими реакциями, приводящими к изменению состава поверхности (в частности, её функциональных групп); полимераналогичными реакциями, приводящими к изменению состава поверхности органических полимеров; адсорбцией неорганических ионов, молекул органических или металлоорганических соединений из жидкой или газовой фазы; хемосорбцией (химической прививкой) разнообразных соединений за счёт образования химических связей модификатора с поверхностью и т. д. Все перечисленные методы подразумевают возможность дальнейших трансформаций модифицирующего слоя.

Для исследования состава и структуры межфазной границы, а также протекающих в ней реакций используют адсорбционные и потенциометрические измерения, термогравиметрический анализ, электронную сканирующую и атомно-силовую микроскопию, эллипсометрию, ИК-, УФ-, электронную, ЯМР- и Оже-спектроскопию, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, дифракцию медленных электронов, спектроскопию характеристических потерь энергии электронами и др.