光电子能谱 仪器分析导论课件.pptVIP

光电子能谱 Photoelectron Spectroscopy 光电子能谱 当用光（如X射线、紫外光）或一束具有一定能量的电子照射物质表面时，物质表面原子的内层电子或价电子会被激发而发射出来，即产生光电子。此光电子具有一定的能量—动能。显然，此能量与入射光（电子）的能量有关，而且，还与光电子所属的原子及该原子所处的化学环境有关。 光电子能谱 研究光电子的能量分布，即可得到物质表层的物理化学信息。此方法既称为光电子能谱法。光电子能谱图是以光电子的动能为横坐标，其强度为纵坐标。 根据激发源的不同，可获得不同的电子能谱。 激发源为X射线则称为X射线光电子能谱法（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS); 光电子能谱 激发源为紫外光则称为紫外光电子能谱法（Ultraviolet photoelectron spectroscopy , UPS); 激发源为电子束（或X射线），激发出俄歇电子，称为俄歇电子能谱法（Auger photoelectron spectroscopy ,AES). 表面科学的本质 自然界中的物体无不是通过其表面或界面与周围环境直接接触而表明其自身的存在。 表面（界面）是物质存在的一种形式，它破坏了物体相连的连续性，从而形成了最大的晶体“缺陷”. 表面（界面）上力场的不饱和性赋予表面以一种不同于体相的特殊性. 现代科技与表面科学密切相关. 表面科学的本质 早在一百年前,表面现象就作为一门学科受到科学家们的重视,并从实验上开始研究液体的表面张力,多孔材料对气体的吸附以及表面热力学参数的测定等. 至上世纪40年代,科学家们对表面宏观参数—比表面、平均吸附热、表面反映活化能与反应动力学速度常数等—进行了广泛的研究. 表面科学的本质 40年代后,化学的研究逐渐转移到微观结构测试的各种波谱技术及X射线衍射等方面.而这期间,表面物理及表面化学领域的研究工作由于以下两个方面的困难而被推迟: 1.表面分子之占体相的很少一部分,可测 浓度太低,信号太弱.例如冰,其体密度 和表面上分子密度的比约为 1/1010. 表面科学的本质 2.表面上分子单层的电磁辐射截面太小, 故如用红外、射频、 X射线等电磁辐 射作为检测手段,需要1-100m2大表面 的样品才可提供足够强的信号. 在物体的表面,最外层原子的状态不同于体相原子.无论是在二维平面上,还是沿深度变化都会显示出很大的差异. 表面科学的本质 表面相的理论定义: 表面相就是非均匀的原子势能区. 结合实际测量技术的特点,表面相确切的定义是: 一种技术对固体表面的取样体积. 即决定于测量手段的取样深度.故采用不同的测量技术对同一样品进行分析时,可 表面科学的本质 得到不同的表面相.一般取最外原子层(三至五层原子)为表面相.经一过渡区到达体相区域. 从实验分析角度,可将其分为: 表面分析,薄膜分析和体相分析. 表面科学的本质 表面科学实际上是凝聚态科学的一部分.但对表面研究的难度要远大于对体相内部的研究.对于晶体材料,它有许多表面(晶面)存在,他们在结构、电学和化学性质等方面大不相同.此外,对于表面的微观研究,需要一个原子数量级的纯洁表面,并能在一定时间内保持这个表面的清洁性. 从表面科学的微观方面看,它包括以下一些主要方面: 表面科学的本质 1 、表面组成及结合状态的研究: 除鉴定表面上元素的种类外,还包括对 元素存在的状态、化学键合情况及其定 量研究等.这些研究可给出表面化学的 细致情节,具有非常重要的意义. 2 、表面几何结构的研究: 表面科学家对表面上原子的相对位置, 既它们是晶体还是非晶体状的非常感兴 趣.晶态表面的二维结构中的原子是以 表面科学的本质 一定的顺序重复地排列的,但在与表面垂直 方向上却缺乏这种有序性.非晶态表面在任 何方向上,在较长的范围内都不表现出有序 性.表面的几何结构的知识是对表面的电学 和化学现象从原子尺度上所作的所有解释 的基础. 3、表面电子结构的研究: 任何原子系统的电子结构都表明它的电子 在空间和能量方面的分布情况.空间电子 表面科学的本质 密度就是各种能量的电子在空间中的分布, 用单位体积内的电子数表示.在特定的空间 区域(如表面区域)内,电子能量分布定义为 在一定的能量区间中,单位能量间隔内存在 的电子数,也称电子能态的能量密度(DOS).