xps技术及其在化学中的应用

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1、XPS技术及其在化学中的应用戴维林Tel.:55664678Email:wldai@fudan.edu.cn2005年3月2日本课程主要内容一、表面能谱技术简介及发展历史(第一次）二、XPS技术的最新进展（第二次）三、XPS技术的定性及定量分析手段（第三次）四、XPS仪器介绍及催化应用实例（第四次）五、实际数据处理介绍（第五次）六～十、分组上机实际操作（制样，装样，扫描，解析）考核方式：结合自己方向准备一篇与催化相关的考核方式：结合自己方向准备一篇与催化相关的XPSXPS进展述评或应用介绍（进展述评或应用介绍（wordword格式不小于

2、格式不小于20002000字；字；pptppt格式不少于格式不少于1515页）页）参考书目参考书目1，《X射线光电子能谱分析》，刘世宏，王当憨，潘承璜著，科学出版社，1988。2，《电子能谱基础》，潘承璜，赵良仲著，科学出版社，1981。3，《电子能谱学（XPS/XAES/UPS）引论》，王建祺，吴文辉，冯大明著，国防工业出版社，1992。4，其他电子书：超星书库Part.IPart.I电子能谱技术简介电子能谱技术简介主要内容：主要内容：••基本知识介绍基本知识介绍••XPSXPS（（ESCAESCA））技术技术••AESAES技术技术

3、••UPSUPS技术技术••HREELSHREELS技术技术电子能谱简介根据激发源的不同，电子能谱又分为:1,X射线光电子能谱(简称XPS)(X-RayPhotoelectronSpectrometer)2,紫外光电子能谱(简称UPS)(UltravioletPhotoelectronSpectrometer)3,俄歇电子能谱(简称AES)(AugerElectronSpectrometer)4,高分辨电子能量损失谱(简称HREELS)(High-ResolutionElectronEnergyLossSpectrometer)§1电子

4、能谱的基本原理基本原理就是光电效应。能量关系可表示：hv=E+E+Ebkr电子结合原子的反冲能1*2EM=−()mυ电子动ra2忽略E(<0.1eV）得rhv=E+Ekb对孤立原子或分子，Eb就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。对固体样品，必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束缚作用，通常选取费米(Fermi)能级为Eb的参考点。0k时固体能带中充满电子的最高能级hv=E+E+φ功函数kb为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和谱仪的良好电接触，两者费米能级一致。实际测到的电子动能为：'E=E−(φ−φ)k

5、ksps=hv−E−φbsp'E=hv−E−φbksp仪器功函数hv=E+E+φ功函数kb特征：XPS采用能量为1000~1500eV的射线源，能激发内层电子。各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可以用来鉴别化学元素。UPS采用HeI(21.2eV)或HeII(40.8eV)作激发源。与X射线相比能量较低，只能使原子的价电子电离，用于研究价电子和能带结构的特征。AES大都用电子作激发源，因为电子激发得到的俄歇电子谱强度较大。光电子或俄歇电子，在逸出的路径上自由程很短，实际能探测的信息深度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用

6、来作为表面分析的方法。§2电子能谱仪简介电子能谱仪主要由激发源、电子能量分析器、探测电子的监测器和真空系统等几个部分组成。激发源电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X射线源、真空紫外灯和电子枪。商品谱仪中将这些激发源组装在同一个样品室中，成为一个多种功能的综合能谱仪。电子能谱常用激发源激发源能量范围(eV)线宽(eV)应用范围X射线(Al,Mg等)~1000~0.8内层和价层电子紫外光(HeI,II等)~20−40<0.01价电子电子枪~2000−5000<0.5俄歇电子1.Ｘ射线源XPS中最常用的X射线源主要由灯丝、栅极和阳极靶构成。要

7、获得高分辨谱图和减少伴峰的干扰，可以采用射线单色器来实现。即用球面弯曲的石英晶体制成，能够使来自X射线源的光线产生衍射和“聚焦”，从而去掉伴线和韧致辐射，并降低能量宽度，提高谱仪的分辨率。双阳极X射线源示意图UPS光源的光子能量2.紫外光源气体I(eV)II紫外光电子能谱仪中(eV)使用的高强度单色紫外线源常用稀有气体He21.2240.81的放电共振灯提供。Ne16.8526.9116.6726.81Ar11.8311.62HLymanα10.20UPS中的HeI气体放电灯示意图3.电子源电子通常由金属的热发射过程得到。电子束具有可以

8、聚焦、偏转、对原子的电离效率高、简单易得等优点，在电子能谱中，电子束主要用于俄歇电子能谱仪，因用电子枪作激发源得到的俄歇电子谱强度较大。常用于AES的一种电子枪电子能量分析器电子能量分析器其作用是探测样品发