硕士论文范文——锰氧化物膜、钛氧化物膜的模型制备和研究

学校编码： 分类号 密级 学号： UDC 硕 士 学 位 论 文 锰氧化物膜、钛氧化物膜的模型制备和研究Preparation and Investigation of Model MnOx and TiOx Thin Films 指导教师姓名： 专 业 名 称：物 理 化 学论文提交日期： 论文答辩时间： 学位授予日期： 答辩委员会主席： 评 阅 人： 年 月摘要摘 要模型催化模拟真实催化反应，克服真实催化反应的复杂性。真实催化剂结构复杂，表面不均一，难以准确关联其构效关系。表面化学是从原子分子水平上研究多相催化反应体系催化剂的表面结构-催化性能关系和催化反应机理，从而指导催化剂的改进。本文主要利用俄歇电子能谱(AES)、高分辨电子能量损失谱(HREELS)和低能电子衍射(LEED)对所制备的MnOx/Rh(100)和TiOx/Pt(111)反模型催化剂进行表征。以期研究Rh基催化剂加入助剂Mn的作用关系和利用TiOx/Pt(111)体系来研究SMSI的产生机理。一、干净的Rh(100)单晶，在高氧分压氧化下，表面形成稳定的O-Rh-O三层结构；采用后氧化法，在110-7 Torr氧气中，700 K温度氧化下蒸Mn，MnOx膜呈层-层生长模式；HREELS结果表明在低覆盖度时形成O-Mn-O，对应的HREELS峰为47和76 meV；大于1 ML时，开始形成Mn3O4结构，在800 K以下温度退火，结构稳定。所以MnOx/Rh(100)的稳定性能确保作为模型催化剂来研究反应的反应机理。二、规整有序的TiOx薄膜，在Pt(111)面上，TiOx薄膜以层状(Frank-van der Merwe)生长模式生长。小于1ML时，TiOx薄膜以Ti2O3的形式生长，界面层以上，以TiO2的形式生长，同时界面层的Ti2O3能稳定存在。关键词：MnOx薄膜；Rh(100)； TiOx薄膜；Pt(111);AbstractAbstractModel catalyst has mimiced the real catalytic reaction, which can simply the complexity of the real catalyst. The real catalysts are usually complex and their surfaces are inhomogenous, which makes it difficult to be determined the structure-activity relationship. Surface chemistry is used to understand the relationship between surface structure and the catalytic performance in heterogeneous catalysis reactions and also used to explore the mechanism of catalytic reaction at the atomic scale.This thesis work mainly used Auger electron spectroscopy(AES)，Low-energy electron diffraction(LEED) and High-resolution electron energy loss spectroscopy(HREELS) to study MnOx/Rh(100) and TiOx/Pt(111) inverse model catalysts. The work is in order to study the additives effect of MnOx to Rh catalyst and TiOx to Pt (111) for understanding the origin of strong metal-support interaction .(1) We have successfully grown MnOx thin films on the Rh(100) surface, The growth of MnOx thin film on the Rh(100) surface follows a layer-by-layer mode. An O-Rh-O trilayer structure formed on the Rh(100) surface upon oxidized at oxygen pressures of above 510-6 Torr O2. Two phonon losses at 47 and 76meV observed for MnOx coverage below 1 ML characterize an O-Mn-O trilayer structure formed on the Rh(100) surface. A Mn3O4-like structure was formed at coverages higher than 1 ML, which was stable in annealing at 800 K. The results presented here indicate that the MnOx/Rh(100) film can serve as a model catalyst system for studying the reaction mechanism of C2-oxygenates from syngas.(2) Ordered TiOx films can be prepared by reactive deposition Ti on Pt(111). The growth of TiOx thin film on the Pt(111) surface follows a layer-by-layer mode.Below 1ML,Ti2O3 formed on the surface. Above 1ML, TiO2 formed, meanwhile Ti2O3 existed stably at the interface.Key words: MnOx thin film; Rh(100) surface; TiOx thin film; Pt(111) surface;目录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1引言11.2论文的构思和目的51.3论文的结构和概要6参考文献7第二章 实验部分112.1实验仪器112.2表面分析技术和基本原理122.2.1俄歇电子能谱(AES)122.2.2低能电子衍射(LEED)152.2.3高分辨电子能量损失谱(HREELS)162.3实验方法182.3.1样品单晶的清洁21-23182.3.2氧化物薄膜的制备182.3.3氧化物薄膜的表征20参考文献21第三章 MnOx/Rh(100)模型催化剂的制备及表征233.1研究进展23i3.1.1 Rh氧化物结构233.1.2 MnOx薄膜的研究进展253.2实验部分273.2.1Rh(100)清洁和氧化283.2.2MnOx薄膜制备283. 3结果和讨论283.3.1 Rh(100)表面氧化物结构283.3.2 MnOx制备条件和标定323.3.3 MnOx膜的考察353.3.4 MnOx膜的稳定性363.4小结38参考文献39第四章TiOx/ Pt(111)模型催化剂的制备和表征454.1钛氧化物模型催化剂的研究进展454.2样品制备474.3结果与讨论484.4小结51参考文献52硕士期间发表论文目录55致 谢57iiContentsContentsAbstract in ChineseIAbstract in EnglishIIChapter 1 Introduction11.1 Prolegomenon11.2 Objectives of this thesis51.3 Outline of this thesis6References7Chapter 2 Experiment112.1 Experimental intruments112.2 Surface analytic technologies122.2.1 Auger electron spectroscopy (AES)122.2.2 Low energy electron diffraction (LEED)152.2.3 High-resolution electron energy loss spectroscopy(HREELS)162.3 Experimental methods182.3.1 Cleanness of single crystals21-23182.3.2 Preparation of the oxide thin film182.3.3 Characterization of the oxide thin film20References21Chapter 3 Preparation and characterization of MnOx/Rh(100)23iii3.1 Recent progress233.1.1 Structure of Rh oxide233.1.2 Recent progress of MnOx thin film253.2 Experiment273.2.1 Cleanness and oxidation of Rh(100)273.2.2 Preparation of MnOx thin film283. 3 Results and discussion283.3.1 Structure of Rh(100) surface oxide283.3.2 Preparation and calibration of MnOx thin film323.3.3 Investigate of MnOx thin film353.3.4 Stability study of MnOx thin film363.4 Brief summary38References39Chapter 4 Preparation and characterization of TiOx/ Pt(111)454.1 Recent progress of TiOx thin film454.2 Preparation474.3 Results and discussion484.4 Brief summary51References52List of Publication55Acknowledgements57iv第一章 绪论第一章 绪论1.1引言多相催化研究多年，反应一般发生在催化剂的表面，催化剂的表面组成结构（电子结构和几何结构）是影响其催化性能的主要因素1。由于目前表征手段的局限性，对催化剂的微观性质认识仍有限。所以对于催化剂如何将反应物分子转变为目标产物这一过程的认识，仍然具有很大的挑战性。因此，催化过程一直被视为“黑箱子”真实多相催化反应体系非常复杂, 其催化表面物理化学研究具有很大的挑战性.。催化剂的制备方法和热处理方法都会对催化剂表面结构和催化剂的性能产生很大的影响，因此对催化剂表面的表征以及各种性质反应过程中的变化的监控，和催化剂表面的变化能帮助人们更好的理解催化过程。表面科学是利用超高真空（ultra high vacuum，UHV）的条件下，利用各种现代表面科学研究方法来研究表面规整的模型催化体系（金属单晶、氧化物单晶以及氧化物薄膜等）研究的新方向。通过模型催化体系, 利用20世纪60年代起逐渐发展起来的超高真空表面科学研究手段,是催化表面物理化学最有效的研究方法 2,4,5。模型催化剂的研究能够建立催化剂暴露晶面( 表面组成和几何结构) 与其催化性能之间的构效关系和获得在不同晶面上催化反应机理, 不过该类模型催化剂体系与真实催化剂相比，两者之间存在所谓的“ 材料鸿沟”。 在催化反应过程中，真实的催化剂的纳米粒子暴露的不同晶面有不同的催化活性。而模型催化与真实催化之间有明显差别的。在真实的催化体系中，通常在常压或高压的条件下进行，模型催化剂在超高真空体系中，所以模型催化剂和真实催化剂之间还存在着“压力差异”3。为了解决压力差异，表面检测手段如TDS、IRAS、ESR、SRG、STM、X射线散射、X射线吸收等能在气相中工作。以使模型催化剂在反应条件上更接近真实催化反应。从而对真实催化剂的合成提供有效的指导，为研制高效的催化剂提供基础。通过各种表面表征手段，可以探究许多金属表面的原子结构和电子特性4。一些催化反应的机理可以利用模型催化在超高真空的反应中被阐述。比如CO的氧化6-9，合成氨10,11和合成甲醇12,13。模型催化推断出的机理可以很好的指导实际催化剂的合成和有助于提高产率。CO是无色，无味，无刺激性的有毒气体，是大气中分布最为广和数量最多的污染物，同时在燃烧过程中也会产生大量的CO。所以CO的氧化反应不仅可以有效缓解环境污染，而且具有重要的实际意义14,15。J. Gustafson等16在Rh(111)单晶上实际反应条件下，对CO催化氧化进行研究。他们发现特殊结构的表面氧化物Rh基催化剂对CO的氧化具有高活性(图1.1)。在纯Rh(111)单晶上进行CO氧化反应，没有检测到CO2的信号，而在氧化物表面有活性。CO吸附在氧化物表面，类似的RuO2(110)17,18晶面上也是这样的结果。图1.1 (a) Rh(111)表面氧化物模型，(b) Rh(111)倒易晶格的示意图，(c) SXRD扫描图Figure 1.1 (a) Model of the surface oxide found on all investigated Rhsurface orientations, here shown on top of a (111) surface. (b) Map ofthe reciprocal space corresponding to Rh(111), (c) SXRD scan alongthe red line in panel b, for a surface oxide covered Rh(111) crystal.Goodman等7,19-21对Pt系金属表面模型上CO氧化也做了一系列的研究。他们通过研究得出的CO活性相与J. Gustafson16提出的表面氧化物结构不相符。Goodman等认为CO氧化的表面活性相是金属态表面，CO解离吸附在金属上，而不是表面氧化物。Goodman和合作者22,23在将Au蒸到TiOx/Mo(112)表面薄膜上，考察其CO氧化的性能。利用LEED和STM观察形貌，如图1.2(a)模型。当Au覆盖第一层时，CO氧化的催化活性较低，具有两个原子层厚度的Au催化活性较好。在TiO2载体负载Au团簇催化剂也有这样的变化规律(图1.2(b)。图1.2 (a) 不同厚度的Au/TiOx催化剂对应的CO氧化性能关系23；(b) Au/TiO2催化剂的粒径与CO催化氧化的性能关系22.Fig 1.2 (a) Activity for CO oxidation at room temperature as a function of Au coverage above the monolayer on Mo(112)-(82)-TiOx; (b) Catalytic activity for CO oxidation as a function of particle size on the TiO2.1978年S. J. Tauster24首先提出了在负载TiO2的Pt, Pd, Ru, Rh等第8族贵金属上存在金属-载体之间强相互作用。随后人们用X光电子能谱、量化计算、X射线粉末衍射、电子顺磁共振、程序升温脱附、同步辐射等方法对金属-载体之间强相互作用的产生机理进行广泛的研究,由于不同催化剂体系产生强相互作用的机理也不相同,所以仍然没有统一的结论。S. J. Tauster等25研究发现原先均匀分布在Pt/TiO2催化剂的Pt颗粒,在氢气气氛下高温处理后，会发生迁移聚集而构成三维多面体,作者认为Pt出现的这种三维多面体形貌特征与金属载体强相互作用存在平行关系(如图1.3)。所以，金属-载体强相互作用的产生机理可能与金属簇的这种特殊的形貌特征有关系。图1.4 Pt/TiO2氧化还原下的循环转化Fig 1.4 Behavior of Pt/TiO2 under consecutive reduction-oxidation cycles. (Both the thickness of the platinum particles and the chemical composition of the substrate surface undergo change)A.Y. Stakheev等26认为金属-载体强相互作用是金属与载体间电荷转移产生的电子效应的原因。高温处理Pt/TiO2后, Pt中心会变成富电子中心，这是因为低价钛离子物种和铂之间会发生化学作用。图1.4是金属-载体强相互作用机理,经过高温氢处理,载体TiO2本身与氢之间以某种形式发生键合,有低价含氢钛物种生成,将电荷传递给Pt金属,使得Pt原子减弱甚至丧失在室温下解离吸附氢分子的能力,并产生Pt2TiO2 -H体系，这体系有储氢作用,从而抑制了室温下吸附氢。通过X光电子能谱数据和体相电导的分析, 得出金属-载体之间强相互作用是因为Pt能捕获从TiO2体相中的导带电子，导带电子容易隧穿薄TiO2层到达Pt颗粒表面, 然后形成了大量的带负电荷的Pt颗粒,Pt-能很好的解离H2,但与解离后的H原子形成很弱的键的原因造成的。当然还有认为金属间成键27和载体对金属的包覆(如图1.4)28作用而产生的金属-载体强相互作用。所以对于具体产生原因依然不是很清楚。图1.4 Ni/CeO2 包裹示意图Fig 1.4 Schematic evolution of the Ni/ceria system submitted to reduction and evacuation treatments28.模型催化可以研究反应的机理，并对催化剂的合成有指导意义。同时探究金属表面的电子特性和原子结构，利用化学吸附探究表面的化学性质，并且模拟金属-载体的作用来进一步了解SMSI的产生原因。1.2论文的构思和目的铑(Rh)基催化剂在催化合成乙醇、乙醛、乙酸等C2含氧产物的过程中因具有较好的活性和选择性而被广泛应用。在Rh基催化剂加入Mn氧化物助剂能有效的提高催化活性和选择性。但在分子水平上对加入氧化物助剂的机理还不是很清楚。尽管表面科学对一些简单的催化反应机理的研究取得了一些成果，但对助剂作用的研究仍然还一知半解。Rh基催化剂催化CO+H2反应生成烃类，甲醇和C2含氧化合物。加入Mn助剂到Rh/SiO2催化剂会显著提高C2含氧化合物的选择性。但Mn助剂加入后Mn是以什么态在CO2解离的过程中存在，MnOx与Rh之间的相互作用尚不清楚。我们制备反模型催化剂MnOx/Rh(100)，利用表面的分析手段，以期探明Rh与MnOx的相互作用，揭示Mn助剂在反应气氛下的存在态，为合成高活性的催化剂提供指导。负载型催化剂中，金属与载体的强相互作用具有很多应用。在催化反应中，SMSI效应会使烃类的加氢、脱氢反应,其活性受到很大的抑制；但是对于有CO参加的反应,如CO + H2的反应,CO + NO的反应,能显著提高其反应活性,同时选择性也增强。所以有效利用SMSI效应对实际解决环保和能源问题有积极的意义。TiOx/Pt(111)模型催化剂利用表面的敏感的仪器，研究TiOx薄膜的结构和振动，研究TiOx与Pt之间的相互作用，以期能对SMSI效应能有进一步的了解。1.3论文的结构和概要 本论文主要由四部分组成： 第一章 绪论。对模型催化和表面化学的简要介绍，同时说明本论文的选题和研究目的。 第二章 实验部分。介绍实验所用的表面仪器和制备方法，简要介绍各仪器的原理和应用。第三章 制备MnOx/Rh(100)反模型催化剂，通过表面的表征手段进行表征，探究Mn与基底的相互关系。考察MnOx薄膜的稳定性。第四章 TiOx/Pt(111)体系的制备和表面振动的探究，TiOx薄膜的生长模式，以及Ti的氧化态。参考文献：1 G.A. Sormojai.Introduction to Surface Chemistry and Catalysis.John Wiley & Sons, 1994.2 J.H.Sinfelt. Role of surface science in catalysis. Surf Sci, 2004, 500: 923-946.3 D.W. Goodman. Correlations between surface science models and”real-world” catalysts. J.phys.Chem, 1996, 100: 13090-13102. 4 P.L.J. Gunter, J.W.H. Niemantsverdriet, F.H. Ribeiro, G.A. Somorjai. Surface Science Approach to Modeling Supported Catalysts J. Cat. Rev.-Sci. Eng., 1997, 39(1-2): 77-168.5 C.R. Henry. Surface studies of supported model catalysts J. Surf. Sci. Rep., 1998, 31: 231-325.6 T.Engel, G.Ertl, Elementary Steps in the Catalytic Oxidation of Carbon Monoxide on Platinum Metals, 1979, 28: 1-78.7 M.S. Chen, Y.Cai, Z. Yan, K. K. Gath, S. Axnanda, D. W. Goodman. Highly active surfaces for CO oxidation on Rh, Pd, and Pt J. 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Goodman, The Structure of Catalytically Active Gold on Titania, Science, 2004, 306, 252-255.24 S.J. Tauster, S.C. Fung, R.L. Garten, Strong metal-support interactions. Group 8 noble metals supported on titanium dioxide, J. Am. Chem. Soc,1978, 100, 170-175.25 S.J. Tauster, S.C. Fung, R.T.K. Baker, J.A. Horsley, Strong Interactions in Supported-Metal Catalysts, Science. 1981, 211, 1121-1125.26 Aleksandr Yu. Stakheev, Yurii M. Shulga, Natalia A. Gaidai, Natalya S. Telegina, Olga P. Tkachenko, Leonid M. Kustov, Khabib M. Minachev, New evidence for the electronic nature of the strong metal-support interaction effect over a Pt/TiO2 hydrogenation catalyst, Mendeleev Communications, 2001, 11, 186-188.27 Y. Chao, G.R. Weisman, G.D.Y. Sogah, D.J. Cram, Host-guest complexation. 21. Catalysis and chiral recognition through designed complexation of transition states in transacylations of amino ester salts, J. Am. Chem. Soc., 1979, 101 (17), 4948-4958.28 Alfonso Caballero, Juan P. Holgado, Victor M. Gonzalez-delaCruz, Susan E. Habas, Tirma Herranz, Miquel Salmeron, In situ spectroscopic detection of SMSI effect in a Ni/CeO2 system: hydrogen induced burial and dig out of metallic nickel, Chem. Commun, 2010, 46, 1097-1099.57第二章 实验部分第二章 实验部分 2.1实验仪器 随着超高真空表面科学研究技术的不断发展, 对表面科学的表征手段不断丰富，为研究催化表面物理化学提供了最有效的研究方法1。本论文的相关的工作实验主要是LK5000型高分辨电子能量损失谱仪，系统装置如图2.1所示，主要装备有俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy，AES)、低能电子衍射(Low Energy Electron Diffraction，LEED)以及高分辨电能量损失谱(High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy，HREELS)。超高真空(UHV)系统的超高真空是利用涡轮分子泵、离子泵和机械泵及钛升华泵获得，经400K烘烤24-36小时，基压为3.0-5.010-10 Torr。AES/LEEDUHVchamberHREELS图2.1超高真空实物图Figure 2.1 Photo of the UHV system在实验中，样品单晶通过钽丝焊接在样品杆的穿透子上，然后固定在样品架上，样品杆可做XYZ三个方向的移动，并可以绕轴360旋转。利用电子束(E-beam)对样品进行轰击加热，当焊在样品背面的钽丝有电流通过时，钽丝会发射电子，同时对样品施加400 V左右的正电压，这个时候样品的背面被加速后的电子束轰击到，使样品升温(E-beam轰击最高可达2000 K以上)。向样品杆中倒液氮，样品的冷却温度最低降至约150 K。通过点焊在样品背部的C.型热电偶(5Re95W-26Re74W丝) 测量样品的温度。本实验中所用到的高纯的Ar、O2、CO等气体均由香港特气提供(纯度为99999)，气体利用钢瓶连接漏阀引入到真空系统中，通过离子规测量气体压力，未作进一步校正离子规。2.2表面分析技术和基本原理 本节主要简述表面分析技术的基本原理，本论文工作主要利用有AES、LEED和HREELS。2.2.1俄歇电子能谱(AES)俄歇电子最早在1925年就被法国人俄歇发现了俄歇电子的存在。俄歇电子能谱(AES)是一种表面分析和材料科学的表征技术。 它是利用高能电子束为激发源的，具有元素特征性质的俄歇电子在 AES分析区域受激原子发射出。俄歇电子能谱2-5 检测极限约为10-3原子单层，表面灵敏度很高，采样深度12 nm，要比XPS还表面。AES的这些特征使其在表面元素定性和定量分析方面得到很好的应用，同时也应用在表面元素化学价态的分析。对于表面组分的研究有很大的应用。俄歇电子产生的原理涉及到原子轨道上三个电子层之间的跃迁过程。用电子束或X射线激发出原子的内层电子后，原子的内层轨道上就会产生一个空穴，此时原子变成激发态正离子。激发态正离子在退激发的过程中，原子外层轨道上的电子就可以向该空穴跃迁并且同时释放出能量，同一层轨道或更外层轨道上的电子被释放出的能量激发而电离，外层轨道上的电子电离后，离开样品表面。俄歇电子就是这种离开样品表面的出射电子。图2.2所示为俄歇跃迁过程。图2.2 俄歇电子的跃迁过程Fig.2.2 Schematic illustration of the Auger process在俄歇电子产生的过程中，用它激发过程涉及的三个电子轨道符号来标记俄歇电子峰，用原子轨道能级的结合能来计算6。如图2.2俄歇过程涉及KLL三层轨道，所以激发的俄歇峰可被标记为KLL跃迁。根据俄歇电子能谱的理论，俄歇电子的动能与激发源的种类和能量无关，只与元素激发过程涉及的原子的轨道能量和谱仪的功函相关。KLL跃迁的俄歇过程产生的俄歇电子能量用下面的方程可以表示为7-10：EKLL (Z)= EK(Z) - EL1(Z) - EL2(Z+D) - fs （2.1）式中 EKLL(Z) -原子序数为Z的原子的KLL跃迁过程的俄歇电子的动能, eV； EK(Z) - 内层K轨道能级的电离能, eV； EL1(Z) - 外层L1轨道能级的电离能,eV； EL2(Z+D) - 双重电离态的L2轨道能级的电离能,eV； fs - 谱仪的功函, eV。薄膜生长模式有三种：Frank-vander Merve或layer.by.1ayer(LBL，层状)生长，Volmer.Weber (岛状)生长和Stranski.Krastanov(混合)生长。如图2.3所示。图 2.3三种生长模式AES峰强度随覆盖度的变化图11Fig 2.3 AES intensity as a function of coverage for the three different growth modes (a) Frank-van der Merwe mode (b) StranskiKrastanov mode (c) Volmer-Weber mode11(1)层状生长(FrankVan der Merwe,LBL)模式：当生长物质与基底之间浸润性很好时，生长物质的原子更倾向于与基底原子之间成键。此薄膜从成核阶段开始就以二维层状生长。(2)先二维生长单层后三维生长(StranskiKrastanov)模式，开始时先形成单层膜，后再以岛状生长，这种生长模式一般发生在二维生长后膜内出现应力的场合。(3) 三维生长(Volmcr-Webcr)模式，基底上会形成许多三维的岛状的晶核，润湿角不为零，在岛状晶核长大后形成表面粗糙的多晶膜。本实验所用的AES为LK公司的AES-LEED(RVL2000)一体仪器，采用四级格栅荧光屏，延迟场分析器(RetardingField Analysis，RCF)，主要应用于分析表面组成和成分，同时探索金属氧化物薄膜的生长模式。2.2.2低能电子衍射(LEED)低能电子衍射(LEED12,13) 是由电子与晶体相互作用，把能量为5500 eV范围的单色电子入射在样品表面，其中部分单色电子会以相干散射的形式反射到真空中，可移动的接收器对进入的形成的衍射束进行强度的测量，或者衍射束再被加速到荧光屏，通过荧光屏可观察到衍射图像。LEED是研究晶体表面结构的重要方法之一，也可用于探究吸附物的表面结构14，其装置图如图2.4所示。图2.4 LEED装置示意图Fig 2.4 Schematic of LEED LEED的条件要符合布拉格方程，通过厄华德球面来确定电子的衍射方向15。如图2.5，设O为实际晶格，以O作为起点作矢量，作它的长度OO=So/，入射束方向为OO的方向。以O做球心，1/做半径作一球面(厄华德球)。O作为二维倒易晶格的原点，从而画出二维倒易晶格点阵。图 2.5 厄华德球Fig 2.5 Ewalds sphere由于衍射图形会随样品同外来原子接触时发生变化，所以通过衍射图案可以得到有关于吸附质之间吸引或排斥的相互作用、关于形成孤岛结构若干细节的半定量数值以及覆盖度。表面温度的变化也会影响LEED图型，可提供关于相互作用的信息(特别是当有序至无序转化时)。不过LEED也有局限性，即只能做单晶，不能做粉末和多晶，而且需要配合其他手段一起分析，只是用于检测表明结构的理论工具。在本实验中，LEED的主要用途是用来判断表面结构的长程有序性。2.2.3高分辨电子能量损失谱(HREELS) HREELS15-16是利用低能电子束在接近表面时会与晶体表面振动模之间发生相互作用，通过被反射回来的电子来得到固体表面结构的信息。并结合原子的可能吸附模型进行计算，并和实验进行对比，即可以得到有关吸附态信息17，各种表面和体内元激发过程18，固体能带结构和晶体表面的电子自由度19。HREELS和IR 都是利用观察吸附原子和分子的振动频率来探究吸附，不过HREELS能观察到比IR更低的振动频率，更宽的谱线范围（100 meV或1000 cm-1波数）。高分辨电子能量损失谱仪(LK5000)的实物俯视图如图2.6所示。电子枪发射出电子，首先通过两缎单色器，进行过滤，然后一定强度的低能单色电子束入射到单晶样品表面，发生非弹性散射，能量分析器对进入的非弹性散射的电子进行能量增值或损失的分析，再通过倍增管放大信号后在检测器上收集信号，收集的信号就是电子能量损失谱。图2.6高分辨电子能量损失谱仪的构造图Fig2.6 Structure diagram of the HREELS equipmentHREELS主要可用于包括氢在内的指纹鉴定，也可进行表面结构的研究。对于结