X射线光电子能谱分析法

1、2020/6/24,X-ray electron spectroscopy,X射线光电子能谱分析法,2020/6/24,电子能谱的基本原理,能量关系可表示：,原子的反冲能量,忽略 (OCH 4个碳元素所处化学环境不同；,2020/6/24,重要数据库 NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database,NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database ，Data compiled and evaluated by Charles D. Wagner, Alexander V. Naumkin, Anna Kr

2、aut-Vass, Juanita W. Allison, Cedric J. Powell, and John R. Rumble, Jr. /xps/main_search_menu.aspx,2020/6/24,光电子谱线,2020/6/24,价电子结构,各原子内层电子几乎仍保持在它们原来的原子轨道上运行，只有价电子才形成有效的分子轨道而属于整个分子。 正因如此不少元素的原子在它们处在不同化合物分子中的X-射线内层光电子的结合能值并没有什么区别。 如果观测它们的价电子谱，有可能根据价电子线的结合能的变化和价电子线的峰形变化的规律，来判断该元素在不

3、同化合物分子中的化学状态及有关的分子结构。,2020/6/24,2020/6/24,4. X射线光电子能谱分析法的应用,(1) 元素定性分析 各元素的电子结合能有固定值，一次扫描后，查对谱峰，确定所含元素(H、He除外)；,(2) 元素定量分析 一定条件下，峰强度与含量成正比，精密度1-2%；,产物有氧化现象,2020/6/24,特殊样品的元素分析,2020/6/24,可从B12中180个不同原子中，检测出其中的一个Co原子,2020/6/24,附注：表面元素分析 EDS,Energy dispersive X-ray analysis (EDS),2020/6/24,(3)固体化合物表面分析

4、,取样深度 d = 3 ； 金属0.52nm； 氧化物1.54nm ； 有机和高分子410nm ； 表面无损分析技术； 钯催化剂在含氮有机化合物体系中失活前后谱图变化对比。,2020/6/24,固体化合物表面分析,三种铑催化剂X射线电子能谱对比分析；,2020/6/24,纳米碳管氧化,2020/6/24,(4)化学结构分析,依据：原子的化学环境与化学位移之间的关系； 例：化合物中有两种碳原子，两个峰；苯环上碳与羰基上的碳； 羰基碳上电子云密度小，1s电子结合能大（动能小）； 峰强度比符合碳数比。,2020/6/24, 非晶态NiB、NiP合金中的电荷转移,2020/6/24,表面吸附状态,呋喃

5、在Ru(001)单晶表面的吸附态,2020/6/24,呋喃在Si(100)单晶上的化学吸附态,(a) C 1 s and (b) O 1s spectra obtained from the furan chemisorbed on Si(100). These spectra were measured at the photon energy of 330 and650 eV. The model is illustrated along with the adsorbed furan. The largest spheres are Si, the middle-size spheres

6、 are C (block sphere), and the smallest are O (gray sphere).,2020/6/24,4+2,2+2,2020/6/24,吡啶在单晶硅表面的吸附：B酸和L酸测定,样品处于90oC，吸附吡啶后用XPS记录N 1s 峰。有二个，彼此相隔2eV，均属氧化态。Eb高的与B酸有关，Eb低的与L酸有关,B酸意味着表面有质子存在，吡啶中的N接受质子而氧化。这样吡啶分子吸附在B位时带正电,L酸意味着表面存在接受电子对的部位，吡啶中的N有一对自由电子，可与L酸共价或配位，这样吡啶中的N的外层电子总的说远离了些，N也氧化了。但不及B酸位上接受质子而氧化的强烈

7、,2020/6/24,测得吸附吡啶后两个N 1s 峰的强度与Si 2p比值Rd1和Rd2,说明活化温度低，B酸为主，活化温度高，L酸为主,2020/6/24,定量分析：灵敏度因子,I=nS，S为影响因子,2020/6/24,2020/6/24,电子能谱分析仪（多功能） electron spectroscopy,2020/6/24,1. 激发源,X射线电子能谱：X射线管； 紫外电子能谱：He、Kr的共振线； Auger电子能谱：强度较大的电子枪(5-10 keV)；,2020/6/24,2. 电子能量分析器,(1)半球型电子能量分析器 改变两球面间的电位差，不同能量的电子依次通过分析器；分辨率高；,(2)筒镜式电子能量分析器 （CMA) 同轴圆筒，外筒接负压、内筒接地，两筒之间形成静电场； 灵敏度高、分辨率低；二级串联；,2020/6/24