第五节-X射线光电子能谱.pdfVIP

第五章光电子能谱与俄歇电子能谱 §5.1 光电子能谱的基本原理 §5.2 光电子能谱实验技术 §5.3 光电子能谱的应用 §5.4 俄歇电子能谱分析 引 言 X射线光电子能谱(XPS) ，利用X光作为探束。 光电子能谱 紫外光电子能谱(UPS) ，利用紫外光作为探束。 XPS: 主要用于分析表面化学元素的组成、化学态及其分 布，特别是原子的价态、表面原子的电子密度、能级结构 UPS: 主要用于测量固体表面价电子和价带分布、气体分子 与固体表面的吸附，以及化合物的化学键。 本章主要介绍XPS 。 引 言 俄歇电子能谱(AES)：可以作物体表面的化学分析、表面吸 附分析、断面的成分分析。 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 X射线衍射 成分分析 无损检测 X射线与物质的相互作用 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 概述 光子作为探测束对物体进行分析，具有3个特点： ①光子的质量为0 ，对样品表面的破坏或干扰最小； ②光子是中性的，对样品附近的电场或磁场没有限制要 求，也能极大地减小样品带电问题，很适合于表面研究； ③光不仅能在真空中传播，也能在大气及其他介质中传 播，本身不受真空条件的限制。 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 (一)光电效应 光电效应：光子的所有能量消耗于结合电子的激发。 在外界光的作用下，固体物质中的原子吸收光子的能量， 使其某一层的电子摆脱其束缚，在物体中运动，直到这些电子 到达表面，离开物体表面而逸出的电子就成为光电子。 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 (二)X射线源 XPS谱的光源为单色X光，X射线能量高，不仅可以电离价 电子，也可以电离内层电子，能谱是孤立的峰。 单色光来源：用电子束轰击适当的靶材，在特定的内壳层引 起空位，通过辐射跃迁，原子的一个电子填充此空位，产生特征 X射线，此特征X射线便是XPS谱的单色X光光源。 Mg和Al的特征K α-X射线有较好而实用的自然宽度(半高峰 线宽，Al为0.9 eV ，Mg为0.8 eV) ，是目前最常用的光源。 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 (三)结合能位移、化学位移 结合能位移: 原子内壳层电子的结合能与核内电荷和核外电荷 的分布有关，任何引起电荷分布发生变化的因素都会使原子内 层电子的结合能产生变化。在XPS谱上可以看到谱峰的位移，这 种现象称为电子结合能位移。 化学位移：由于原子处于不同的化学环境而引起的结合能位 移。化学位移可正可负。 化学位移量与价电子所处氧化态的程度和数目有关，氧 化态愈高，则化学位移愈大。 §5.1 光电子能谱分析的基本原理 原子所处化学环境不同有两个含义： 1、与它相结合的元素种类和数量不同， 2 、原子具有不同的价态。 ①纯铝原子是零价态，其2p能级电子 结合能是72.4 eV； ②被氧化合成Al O 后，由于Al3+周围 2 3 环境与Al不同，其2p能级电子结合能 为75.3 eV ，增加了2.9 eV ，即化学位 移是2.9 eV §5.1 光电子能谱分析的基本原理 金属