XPS在催化剂研究中的应用

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1、XPS在催化剂研究丫摘要1Abstract11弓I言22XPS的基本原理23XPS应用基础34X射线光电子能谱在催化剂研究中的应用55展望116结论11参考文献12致谢错误！未定义书签。摘要X射线光电子能谱(XPS)是一种能够测定材料表面中元素的构成、实验式,以及其中所含元素化学态的表面化学分析技术。它的灵皱性，非结构破坏性测试能力和可获得化学态信息的能力，使其成为表面分析的极有力工具。本文简介XPS的原理并举出一些XPS在催化剂表征技术中的应用的实例。关键词:XPS；催化剂；表面分析；AbstractX-r

2、ayPhotoelectronSpectroscopy(XPS)isoneoftilecommontechniquesonsurfaceanalysis,whichcandeterminetheelementsofthematerialsandalsocangivetheinformationoftheelementschemicalstates.Itssensitive,non-destructivetestingcapabilityandstructuralchemicalstateinformation

3、availablecapacity,makingitanextremelypowerfultoolforsurfaceanalysis.ThisarticleintroducestheprincipleofXPSandanalysesitsapplicationincatalystcharacterizationtechniques.Keywords:XPS；catalyst；SurfaceanalysisX射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）o该方i是在六十年代由瑞典科学家KaiS

4、iegbahn教授发展起来的。出于在光电了能谱的理论和技术上的重人贡献，1981年，KaiSiegbahn获得了诺贝尔物理奖。近儿十年來，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。由于XPS具有很高的表面灵敏度，适合于有关涉及到表面元索定性和定量分析方面的应用，同样也可以应用于元索化学价态的研究⑴。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界而分析。因此，XPS方法可广泛应用于化学化工，材料，机械，电子材料等领域。2XPS的基本原理具有足够能量的入射光子（hv

5、）同样品相互作用时，光子把它的全部能量转移给原子、分子或固体的某一束缚电子，使Z电离。此时光子的一部分能量用来克服轨道电子结合能（Eb）,余下的能量便成为发射光电子（e）所具有的动能（EQ,这就是光电效应。可表示为A+hv—►A**+e'由于原子、分子或固体的静止质量远人于屯子的静止质量，故在发射光电子后，原子、分子或固体的反冲能量（Er）通常忽略不计。上述过程满足爱因斯坦能量守恒定律hv=Er+Ek对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为

6、结合能Eb，由费米能级进入真空成为口由电子所需的能量为功函数①，剩余的能量成为口由电子的动能Ekhv=Eb+Ek+①Eb=hv-EK-O仪器材料的功函数①是一个定值，约为4eV,入射X光子能量已知，这样,如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品屯子的结合能。各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品屮元索的组成⑵。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元索所处的状态。例如某元

7、素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电了成为负离了，则结合能会降低。因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。3XPS应用基础3.1元素定性各种原了相互组合形成化学键时，内层轨道基本保留原了轨道的特征。因此可以利用XPS内层光电子峰以及俄歇峰这两者的峰位和强度，作为“指纹”，进行元素定性鉴定。因此使用宽扫描全谱图，可分析出周期表中除II和lie以外的所有元索。对于每一个元素都具有为数不多的特征峰（一般指强峰），峰之间的强度比例也有一定的规律，不同元索的特征峰之间很少有重叠现象。这些数据都己

8、经整理成册，可以方便地进行查阅。因此根据谱图就可以明确标示样品屮所存在的元索。此方法的特点是谱图简单，“指纹”特性强，并且往往为原位非破坏性测试技术。i^o<—at*1©y.Jrs壬定2nx图1部分元索的标准结合能表图1列出了若干周期表中的一些元素的最强特征峰出现的位置。曲图可见,有的为单峰，有的为双峰，但是不管如何各元素最强特征峰之间很少有重叠现象