x射線光電子能譜綜述

1、目錄 目錄1 引言 引言[1] ............................................................................................................................................22 方法原理 方法原理....................................................

2、....................................................................................23 儀器結(jié)構(gòu)和工作原理 儀器結(jié)構(gòu)和工作原理..................................................................................................................

3、..33.1 XPS 譜儀的基本結(jié)構(gòu) 譜儀的基本結(jié)構(gòu).........................................................................................................33.2 超高真空系統(tǒng) 超高真空系統(tǒng).......................................................................

4、...............................................43.3 快速進(jìn)樣室 快速進(jìn)樣室.........................................................................................................................43.4 X 射線激發(fā)源 射線激發(fā)源..................

5、....................................................................................................43.5 離子源 離子源............................................................................................................

6、.....................43.6 能量分析器 能量分析器.........................................................................................................................53.7 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)..............................................

7、...........................................................................54 實(shí)驗(yàn)技術(shù) 實(shí)驗(yàn)技術(shù).....................................................................................................................................

8、...54.1 樣品的制備技術(shù) 樣品的制備技術(shù).................................................................................................................54.1.1 樣品的大小 樣品的大小..................................................................

9、.............................................54.1.2 粉體樣品 粉體樣品..................................................................................................................54.1.3 含有有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品 含有有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品...............

10、.......................................................................54.1.4 表面有污染的樣品 表面有污染的樣品..................................................................................................54.1.5 帶有微弱磁性的樣品 帶有微弱磁性的樣品.

11、.............................................................................................64.2 離子束濺射技術(shù) 離子束濺射技術(shù)...........................................................................................................

12、......64.3 樣品荷電的校準(zhǔn) 樣品荷電的校準(zhǔn)...............................................................................................................64.4 XPS 的采樣深度 的采樣深度..............................................................

13、...................................................64.5 XPS 譜圖分析技術(shù) 譜圖分析技術(shù)..........................................................................................................64.5.1 表面元素定性分析 表面元素定性分析................

14、...................................................................................64.5.2 表面元素的半定量分析 表面元素的半定量分析..........................................................................................74.5.3 表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析

15、表面元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析.......................................................................................84.5.4 元素沿深度方向的分布分析 元素沿深度方向的分布分析..................................................................................94.5. 5

16、XPS 伴峰分析技術(shù) 伴峰分析技術(shù)...............................................................................................105 同步輻射近常壓光電子譜及其應(yīng)用[2] .....................................................................................

17、.135.1 APXPS 的發(fā)展過(guò)程..........................................................................................................145.2 同步輻射 APXPS 實(shí)驗(yàn)技術(shù)的工作原理......................................................................

18、..145.3 APXPS 的應(yīng)用 5.3.1 分子在單晶表面的吸附研究 分子在單晶表面的吸附研究..............................................165.3.2 納米催化劑研究 納米催化劑研究....................................................................................................17

19、5.3.3 電化學(xué)研究 電化學(xué)研究............................................................................................................176 結(jié)語(yǔ)[3] .....................................................................................

20、.....................................................187 參考文獻(xiàn)......................................................................................................................................183式中 Ek ? 出射的光電子的動(dòng)能, eV;

21、h? ? X 射線源光子的能量, eV；Eb ? 特定原子軌道上的結(jié)合能, eV；?s ? 譜儀的功函, eV。譜儀的功函主要由譜儀材料和狀態(tài)決定，對(duì)同一臺(tái)譜儀基本是一個(gè)常數(shù)， 與樣品無(wú)關(guān)，其平均值為 3～4eV。在 XPS 分析中，由于采用的 X 射線激發(fā)源的能量較高，不僅可以激發(fā)出原 子價(jià)軌道中的價(jià)電子，還可以激發(fā)出芯能級(jí)上的內(nèi)層軌道電子，其出射光電子 的能量?jī)H與入射光子的能量及原子軌道結(jié)合能有關(guān)。因此，對(duì)于特定的單色激 發(fā)源和特定

22、的原子軌道，其光電子的能量是特征的。當(dāng)固定激發(fā)源能量時(shí)，其 光電子的能量?jī)H與元素的種類和所電離激發(fā)的原子軌道有關(guān)。因此，我們可以 根據(jù)光電子的結(jié)合能定性分析物質(zhì)的元素種類。在普通的 XPS 譜儀中，一般采用的 Mg K? 和 Al K? X 射線作為激發(fā)源， 光子的能量足夠促使除氫、氦以外的所有元素發(fā)生光電離作用，產(chǎn)生特征光電 子。由此可見(jiàn)，XPS 技術(shù)是一種可以對(duì)所有元素進(jìn)行一次全分析的方法，這對(duì) 于未知物的定性分析是非常有效的。經(jīng)

23、X 射線輻照后，從樣品表面出射的光電子的強(qiáng)度是與樣品中該原子的濃 度有線性關(guān)系，可以利用它進(jìn)行元素的半定量分析。鑒于光電子的強(qiáng)度不僅與 原子的濃度有關(guān)，還與光電子的平均自由程、樣品的表面光潔度，元素所處的 化學(xué)狀態(tài)，X 射線源強(qiáng)度以及儀器的狀態(tài)有關(guān)。因此，XPS 技術(shù)一般不能給出 所分析元素的絕對(duì)含量，僅能提供各元素的相對(duì)含量。由于元素的靈敏度因子 不僅與元素種類有關(guān)，還與元素在物質(zhì)中的存在狀態(tài)，儀器的狀態(tài)有一定的關(guān) 系，因此不經(jīng)校準(zhǔn)測(cè)

24、得的相對(duì)含量也會(huì)存在很大的誤差。還須指出的是，XPS 是一種表面靈敏的分析方法，具有很高的表面檢測(cè)靈敏度，可以達(dá)到 10-3 原子 單層，但對(duì)于體相檢測(cè)靈敏度僅為 0.1%左右。XPS 是一種表面靈敏的分析技 術(shù)，其表面采樣深度為 2.0～5.0 nm，它提供的僅是表面上的元素含量，與體相 成分會(huì)有很大的差別。而它的采樣深度與材料性質(zhì)、光電子的能量有關(guān)，也同 樣品表面和分析器的角度有關(guān)。 雖然出射的光電子的結(jié)合能主要由元素的種類和激發(fā)軌

25、道所決定，但由于 原子外層電子的屏蔽效應(yīng)，芯能級(jí)軌道上的電子的結(jié)合能在不同的化學(xué)環(huán)境中 是不一樣的，有一些微小的差異。這種結(jié)合能上的微小差異就是元素的化學(xué)位 移，它取決于元素在樣品中所處的化學(xué)環(huán)境。一般，元素獲得額外電子時(shí)，化 學(xué)價(jià)態(tài)為負(fù)，該元素的結(jié)合能降低。反之，當(dāng)該元素失去電子時(shí)，化學(xué)價(jià)為 正，XPS 的結(jié)合能增加。 利用這種化學(xué)位移可以分析元素在該物種中的化學(xué)價(jià) 態(tài)和存在形式。元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分析是 XPS 分析的最重要的應(yīng)用之一。