第4章表面分析手段3XPS

第四章——表面分析手段3

李硕琦山东科技大学材料学院2015.44.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

X射线光电子能谱4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryIn1887,HeinrichRudolfHertzdiscoveredbutcouldnotexplainthephotoelectriceffect,whichwaslaterexplainedin1905byAlbertEinstein(NobelPrizeinPhysics1921).光电效应-诺贝尔奖！4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryAfterWWII,KaiSiegbahnandhisresearchgroupinUppsala(Sweden)developedseveralsignificantimprovementsintheequipment,andin1954recordedthefirsthigh-energy-resolutionXPSspectrumofcleavedsodiumchloride(NaCl),revealingthepotentialofXPS.二次大战后，

乌普萨拉大学Siegbahn研究组发展了仪器技术，并于1954年率先记录了纯净食盐的XPS光谱，揭示了XPS技术的潜力。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryAfewyearslaterin1967,SiegbahnpublishedacomprehensivestudyofXPS,bringinginstant(立即的)recognitionoftheutilityofXPS.1967年，Siegbahn发表了XPS的综合研究，引发了对XPS应用的认识。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryIncooperationwithSiegbahn,asmallgroupofengineers(MikeKelly,CharlesBryson,LavierFaye,RobertChaney)atHewlett-PackardintheUSA,producedthefirstcommercialmonochromatic(单色的，单频的)XPSinstrumentin1969.SiegbahnreceivedtheNobelPrizeforPhysicsin1981,toacknowledgehisextensiveeffortstodevelopXPSintoausefulanalyticaltool.美国的MikeKelly等人随即在1969年制作了第一台商业单色XPS。1981年，Siegbahn得到诺贝尔物理学奖。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistorySiegbahnin1981Born20April1918

Lund,

SwedenDied20July2007

(aged

89)

Ängelholm,SwedenNationalitySwedenFieldsPhysicsInstitutionsUniversityofStockholm

UniversityofUppsalaAlmamaterUniversityofStockholmKnown

forhigh-resolution

electronspectroscopyNotableawardsNobelPrizeinPhysics

(1981)4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光电效应）

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光电效应）

Thekineticenergyoftheejectedelectronsisequaltothedifferencebetweentheenergyofthex-rayandthebindingenergy,Eb:

Ek=hυ-Eb-Фinυisthefrequencyoftheincidentphoto,EbistheenergyofthecorelevelfromwhichtheelectronisejectedandФisknownasthespectrometerworkfunction,acharacteristicoftheinstrumentusedtoperformthemeasurement.释放电子的动能为X射线能量和结合能的差4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光电效应）

Ek=hυ-Eb-Фinυisthefrequencyoftheincidentphoto,EbistheenergyofthecorelevelfromwhichtheelectronisejectedandФisknownasthespectrometerworkfunction,acharacteristicoftheinstrumentusedtoperformthemeasurement.υ是入射光子的频率，Eb

是逸出电子能级的能量，Ф是光谱仪的工作函数。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子轨道能级图一个问题：能级的能量是由什么决定的？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子轨道能级图Theenergiesaredeterminedbythequantumnumbersnandl.能级的能量由量子数n和l来决定。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子轨道能级图Becausetheenergylevelsfordifferentatomsareunique,theemissionofelectronsfromdifferentatomswillresultinelectronsdetectedatwell-definedenergies,andtheresultingspectrumallowsthedeterminationofthecompositionofthesurface.翻译？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光电效应）Becausetheenergylevelsfordifferentatomsareunique,theemissionofelectronsfromdifferentatomswillresultinelectronsdetectedatwell-definedenergies,andtheresultingspectrumallowsthedeterminationofthecompositionofthesurface.由于不同种类原子的能级不同，原子的种类即可从可以清晰分辨的能量中判别出来，从而测出表面的元素组成。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用1：材料表面元素的定性定量分析PeaksinanXPSspectrumarelabelledaccordingtotheshellfromwhichtheelectronisremovedintheionizationprocess.XPS谱图的峰用解离过程中电子离开的原子轨道的符号标记。XPSnotation1s2s2p3s3p3d4s4p4d…4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用1：材料表面元素的定性定量分析

AbroadXPSscan,coveringallthebindingenergyrange,isknownasasurveyscan,andisausefulwayofidentifyingwhatelementsarepresentatthesurfaceofagivensample.用“survey”来确定元素种类4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用1：材料表面元素的定性定量分析—举例

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

刘敬权，泰山学者海外特聘专家1989年在山东大学化学系获得理学学士学位2004年在澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）化学系获得理学博士学位。从2004年到2005年在澳大利亚联邦科学与工业研究院（CSIRO）和悉尼科技大学（UTS）做博士后。从2006年在新南威尔士大学做博士后。从2007年在加州大学洛杉矶分校(UCLA)做博士后。从2007年2010年在新南威尔士大学做校长特聘研究员。从2010年4月起全职受聘于青岛大学，担任二层面特聘教授。主要研究功能高分子的合成；生物传感器；碳纳米材料（石墨烯和碳纳米管等）；纳米复合材料等。BEAConfidential.|21BEAConfidential.|22BEAConfidential.|23BEAConfidential.|244.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用1：材料表面元素的定性定量分析—举例

署名的问题？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

Aexample芘丁酸煅烧BEAConfidential.|274.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

Aexample4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析TheotheressentialfeatureofXPSthatcontributestoitsusefulnessisthefactthat,whenmeasuredathighresolution,theenergiesofthedetectedelectronsaredependentnotonlyontheidentityoftheatoms,butontheirlocalchemicalenvironments.XPS的另一个有用的特征在于，当在高分辨率下测定时，出射电子能量不仅和元素种类有关，还和其化学环境有关。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析

Forexample,thebindingenergyofacarbonatomboundonlytoothercarbonatomsiscloseto285eV,whereasthe1scarbonsignalfromaC=Ocarbonisdetectedatapproximately289eV.Whenbondedtoaveryelectronegativeatomlikefluorine,theshiftcanbeaslargeas9eV.C=OcarbonC-FcarbonC-Ccarbon4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析

Amodernspectrometerwithamonochromaticsourcecaneasilydistinguishdifferencesofthesemagnitudesandtherefore,itispossibletogaininformationaboutthebondingofthesurfaceatoms.4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析

Thechemicalshiftbetweenaluminummetalandaluminumoxideis~3eVandclearlyresolved.铝单质和氧化铝的结合能之间存在3eV的化学位移。Al2pXPSspectrumofnativealuminumoxideAlAl2O34.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析—举例1

羰基内酯酚羟基酸酐醚吡咯醌氧化处理前氧化处理后survey4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析—举例2

目的：钛合金在组织工程中的进一步功能化BEAConfidential.|41BEAConfidential.|42BEAConfidential.|45壳聚糖的两种形式4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

应用2：化学环境的分析—举例3

目的：镍原子的高度分散，高效催化剂4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

XPS的最大特点