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1、光电子能谱XPS教程第一页，讲稿共四十八页哦电子能谱电子能谱根据激发源的不同，电子能谱又分为根据激发源的不同，电子能谱又分为:X X射线光电子能谱射线光电子能谱(简称简称 XPS)XPS)(X-Ray Photoelectron Spectrometer)紫外光电子能谱紫外光电子能谱(简称简称 UPS)UPS)(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)俄歇电子能谱俄歇电子能谱(简称简称 AES)AES)(Auger Electron Spectrometer)第二页，讲稿共四十八页哦8.1 8.1 电子能谱的基本原理电子能谱的基本原理能量关系可表示：能量关
2、系可表示：rkbEEEhv原子的反冲能量原子的反冲能量EMmra122*忽略忽略 (0.1eV(0.1eV）得）得rEbkEEhv电子结合能电子结合能电子动能电子动能基本原理就是光电效应基本原理就是光电效应。第三页，讲稿共四十八页哦对固体样品，必须对固体样品，必须考虑晶体势场和表考虑晶体势场和表面势场对光电子的面势场对光电子的束缚作用，通常选束缚作用，通常选取取费米费米(Fermi)能级能级为为 的参考点。的参考点。bE0k0k时固体能带中充时固体能带中充满电子的最高能级满电子的最高能级对孤立原子或分子，对孤立原子或分子，就是把电子从所在轨道移就是把电子从所在轨道移到真空需的能量，是以真空能级
3、为能量零点的。到真空需的能量，是以真空能级为能量零点的。bEbEbkEEhv功函数功函数第四页，讲稿共四十八页哦bkEEhv功函数功函数为防止样品上正电荷积累，固体样品必须保持和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。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实际测到的电子动能为：spbsspkkEhvEE)(spkbEhvE仪器功函数仪器功函数第五页，讲稿共四十八页哦特征特征：XPSXPS采用能量为采用能量为 的射线源，能激发内层电子。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各种元素内层电子的结合能是有特征性的，因此可
4、以用来鉴别因此可以用来鉴别化学元素。化学元素。eV15001000UPSUPS采用采用 或或 作激发源。作激发源。与与X X射射线相比能量较低，只能使原子的价电子线相比能量较低，只能使原子的价电子电离，用于研究电离，用于研究价电子和能带结构的特征。价电子和能带结构的特征。I(21.2eV)HeII(40.8eV)HeAESAES大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。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
5、通测的信息深度只有表面几个至十几个原子层，光电子能谱通常用来作为表面分析的方法。常用来作为表面分析的方法。第六页，讲稿共四十八页哦8.2 8.2 紫外光电子能谱紫外光电子能谱(UPS)(UPS)紫外光电子谱是利用能量在紫外光电子谱是利用能量在 的真空紫外光子照射被的真空紫外光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。忽测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。忽略分子、离子的平动与转动能，紫外光激发的光电子能量满足略分子、离子的平动与转动能，紫外光激发的光电子能量满足如下公式如下公式：eV4116振EEhvEbk由于光源能量较低，线宽较窄（约为由于光源能量较低，线宽
6、较窄（约为0.01eV),0.01eV),只能使原子的外层只能使原子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此被广泛地因此被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。子、电子结构。第七页，讲稿共四十八页哦8.2.1 8.2.1 谱图特征谱图特征苯在苯在Ni(111)Ni(111)上的上的UPSUPS谱谱横坐标为分子的电离能横坐标为分子的电离能I In n 或或光电子动能光电子动能nnIhvE紫外光电子谱图的形状取决紫外光电子谱图的形状取决于电离后离
7、子的状态。于电离后离子的状态。气体分子有明显气体分子有明显的振动精细结构的振动精细结构凝聚分子的谱带明显增宽，并失去精细结构化学吸附后，化学吸附后，带发生了位移带发生了位移第八页，讲稿共四十八页哦8.2.2 8.2.2 振动精细结构振动精细结构 对于同一电子能级，分子还可能有许多不同的振对于同一电子能级，分子还可能有许多不同的振动能级，因此实际测得的紫外光电子能谱图既有动能级，因此实际测得的紫外光电子能谱图既有结合能峰，又有振动精细结构。结合能峰，又有振动精细结构。)0()(vv)(EvEIhvEank光光 电电 子子 动动 能能入入 射射 光光 子子 能能 量量绝绝 热热 电电 离离 能能离
8、子的振动态能量离子的振动态能量振振 动动 基基 态态振动激发态振动激发态第九页，讲稿共四十八页哦 COCO的光电子能谱及其相关能级图的光电子能谱及其相关能级图非键电子跃迁12CO+的基态()X成键电子跃迁12CO+第一激发态()ACO+第二激发态()B第十页，讲稿共四十八页哦 O O2 2和和O O2 2的分子轨道示意图的分子轨道示意图第十一页，讲稿共四十八页哦l自旋轨道耦合的结果自旋轨道耦合的结果导致其能级发生分裂，导致其能级发生分裂，形成两个具有不同能量形成两个具有不同能量的态，例如的态，例如轨道量子数轨道量子数为为 ，即得，即得，它们的能量差值它们的能量差值:EEEjjj12212211
9、,ljlj 8.2.3 8.2.3 自旋轨道耦合自旋轨道耦合第十二页，讲稿共四十八页哦8.2.4 8.2.4 自旋自旋耦合自旋自旋耦合对开壳层分子，当其它成对电子中一个被激发发射出对开壳层分子，当其它成对电子中一个被激发发射出来后，留下一个未配对电子。与原来未配对电子的自来后，留下一个未配对电子。与原来未配对电子的自旋相互作用可出现平行和反平行二种情况，从而有二旋相互作用可出现平行和反平行二种情况，从而有二种不同能量状态，并使光电子能量也不同，引起谱线种不同能量状态，并使光电子能量也不同，引起谱线的分裂。的分裂。例如例如O O2 2分子分子 的谱带结构和特征直接与分子轨道能级的谱带结构和特征直
10、接与分子轨道能级次序、成键性质有关。因此对分析分子的电子次序、成键性质有关。因此对分析分子的电子结构是非常有用的一种技术。结构是非常有用的一种技术。UPS第十三页，讲稿共四十八页哦8.3 X8.3 X射线光电子能谱（射线光电子能谱（XPSXPS）由于各种原子轨道中电子的结合能是一定的，因此由于各种原子轨道中电子的结合能是一定的，因此 XPS XPS 可用来测定固体表面的化学成分可用来测定固体表面的化学成分,一般又称为化学分一般又称为化学分析光电子能谱法（析光电子能谱法（Electron Spectroscopy for Electron Spectroscopy for Chemical An
11、alysisChemical Analysis，简称，简称 ESCAESCA）。）。与紫外光源相比，射线的线宽在与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV0.7eV以上，因此不能以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。分辨出分子、离子的振动能级。在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除 H H 和和 He He 以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。前表面分析中使用最广的谱仪之一。第十四页，讲稿共四十八页哦8.3.1 8.3.1 谱图特征谱图特征右图是表面
12、被氧化且右图是表面被氧化且有部分碳污染的金属有部分碳污染的金属铝的典型的图谱铝的典型的图谱是宽能量范围扫描的全谱是宽能量范围扫描的全谱低结合能端的放大谱低结合能端的放大谱O O 和和 C C 两条谱线的存在两条谱线的存在表明金属铝的表面已被部表明金属铝的表面已被部分氧化并受有机物的污染分氧化并受有机物的污染O O的的KLLKLL俄歇谱线俄歇谱线第十五页，讲稿共四十八页哦金属铝低结合能端金属铝低结合能端的放大谱的放大谱(精细结构精细结构)相邻的肩峰则分相邻的肩峰则分别对应于别对应于AlAl2 2O O3 3中中铝的铝的2s2s和和2p2p轨道轨道的电子的电子第十六页，讲稿共四十八页哦8.3.2
13、8.3.2 化学位移化学位移由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化引起谱峰有规律的位移称为化学位移引起谱峰有规律的位移称为化学位移化合物聚对苯二甲化合物聚对苯二甲酸乙二酯中三种完酸乙二酯中三种完全不同的碳原子和全不同的碳原子和两种不同氧原子两种不同氧原子1s1s谱峰的化学位移谱峰的化学位移第十七页，讲稿共四十八页哦化学位移现象起因及规律化学位移现象起因及规律内层电子一方面受到原子核强烈的库仑作用而内层电子一方面受到原子核强烈的库仑作用而具有一定的结合能，另一方面又受到外层电子具有一定的结合能，另一方面又受到外层电子的屏蔽作用。当外层电子密度减少时，屏蔽
14、作的屏蔽作用。当外层电子密度减少时，屏蔽作用将减弱，内层电子的结合能增加；反之则结用将减弱，内层电子的结合能增加；反之则结合能将减少。因此当被测原子的氧化价态增加合能将减少。因此当被测原子的氧化价态增加，或与电负性大的原子结合时，都导致其，或与电负性大的原子结合时，都导致其XPSXPS峰峰将向结合能的增加方向位移。将向结合能的增加方向位移。第十八页，讲稿共四十八页哦8.4 8.4 俄歇电子能谱俄歇电子能谱(AES)(AES)俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或俄歇电子能谱的基本机理是：入射电子束或X X射线使射线使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐射俄歇跃原子内层能级电子电离，外层电子产
15、生无辐射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真空中对它们进迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真空中对它们进行探测。行探测。19251925年法国的物理学家俄歇（年法国的物理学家俄歇（P.Auger）在用）在用X X射线研究光电效应时射线研究光电效应时就已发现俄歇电子，并对现象给予了正确的解释。就已发现俄歇电子，并对现象给予了正确的解释。19681968年年L.A.Harris采用微分电子线路，使俄歇电子能谱开始进入实采用微分电子线路，使俄歇电子能谱开始进入实用阶段。用阶段。19691969年，年，Palmberg、Bohn和和Tracey引进了筒镜能量分析器，提高引进了筒镜能量分析器，提高了灵
16、敏度和分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。了灵敏度和分析速度，使俄歇电子能谱被广泛应用。第十九页，讲稿共四十八页哦8.4.1 8.4.1 俄歇过程和俄歇电子能量俄歇过程和俄歇电子能量 WXY俄歇过程示意图俄歇过程示意图WXYWXY跃迁产生的俄歇电跃迁产生的俄歇电子的动能可近似地用经子的动能可近似地用经验公式估算，即：验公式估算，即：)()()(ZEZEZEEYXWWXY俄歇电子俄歇电子功功函函数数原子序数原子序数实验值在实验值在 和和 之间之间2143另一表达式另一表达式第二十页，讲稿共四十八页哦俄歇跃迁能量的另一表达式为：俄歇跃迁能量的另一表达式为：)1()(21)1()(21)(ZEZEZ
17、EZEZEEYYXXWWXY俄歇过程至少有两个能级和三个电子参与，所以氢俄歇过程至少有两个能级和三个电子参与，所以氢原子和氦原子不能产生俄歇电子。原子和氦原子不能产生俄歇电子。(Z(Z 3)3)孤立的锂孤立的锂原子因最外层只有一个电子，也不能产生俄歇电子原子因最外层只有一个电子，也不能产生俄歇电子，但固体中因价电子是共用的，所以金属锂可以发，但固体中因价电子是共用的，所以金属锂可以发生生 KVV KVV 型的俄歇跃迁。型的俄歇跃迁。第二十一页，讲稿共四十八页哦8.4.2 8.4.2 俄歇谱图俄歇谱图石墨的俄歇谱石墨的俄歇谱 从微分前俄歇谱的从微分前俄歇谱的 看出，这部分电子能量减看出，这部分电
18、子能量减小后迭加在俄歇峰的低能小后迭加在俄歇峰的低能侧，把峰的前沿变成一个侧，把峰的前沿变成一个缓慢变化的斜坡，而峰的缓慢变化的斜坡，而峰的高能侧则保持原来的趋势高能侧则保持原来的趋势不变。俄歇峰两侧的变化不变。俄歇峰两侧的变化趋势不同，微分后出现正趋势不同，微分后出现正负峰不对称负峰不对称。N(E)第二十二页，讲稿共四十八页哦8.4.3 8.4.3 化学效应化学效应化学环境的强烈影响常常导致俄歇谱有如下三种可能的化学环境的强烈影响常常导致俄歇谱有如下三种可能的变化：变化：(称为化学效应称为化学效应)锰和氧化锰的俄歇电子谱锰和氧化锰的俄歇电子谱1 1）俄歇跃迁不涉及价带，）俄歇跃迁不涉及价带，
19、化学环境的不同将导致内化学环境的不同将导致内层电子能级发生微小变化层电子能级发生微小变化，造成俄歇电子能量微小，造成俄歇电子能量微小变化，表现在俄歇电子谱变化，表现在俄歇电子谱图上，谱线位置有微小移图上，谱线位置有微小移动，这就是动，这就是化学位移化学位移。第二十三页，讲稿共四十八页哦锰和氧化锰的俄歇电子谱锰和氧化锰的俄歇电子谱3,23,23MML5,43,23MML5,45,43MML氧化锰氧化锰540540eVeV587587eVeV636636eVeV 锰锰543543eV eV 590590eV eV 637637eVeV锰锰氧化锰氧化锰第二十四页，讲稿共四十八页哦2 2）当俄歇跃迁涉
20、及到）当俄歇跃迁涉及到价电子能带时，情况就价电子能带时，情况就复杂了，这时俄歇电子复杂了，这时俄歇电子位移和原子的化学环境位移和原子的化学环境就不存在简单的关系，就不存在简单的关系，不仅峰的位置会变化，不仅峰的位置会变化，而且峰的形状也会变化。而且峰的形状也会变化。Mo2C、SiC、石墨和金刚石中、石墨和金刚石中碳的碳的 KLL（KVV或）俄歇谱或）俄歇谱第二十五页，讲稿共四十八页哦3)3)能量损失机理导致的变化将改变俄歇峰低能能量损失机理导致的变化将改变俄歇峰低能侧的拖尾峰。侧的拖尾峰。由于俄歇电子位移机理比较复杂，由于俄歇电子位移机理比较复杂，涉及到三个能级，不象涉及到三个能级，不象X X
21、射线光电子能谱射线光电子能谱那样容易识别和分析，并且通常使用的那样容易识别和分析，并且通常使用的俄歇谱仪分辨率较低，这方面的应用受俄歇谱仪分辨率较低，这方面的应用受到了很大的限制。到了很大的限制。第二十六页，讲稿共四十八页哦8.5 8.5 电子能谱仪简介电子能谱仪简介 电子能谱仪主要由电子能谱仪主要由激发源激发源、电子能量分析器电子能量分析器、探测、探测电子的电子的监测器监测器和和真空系统真空系统等等几个部分组成。几个部分组成。第二十七页，讲稿共四十八页哦8.5.1 8.5.1 激发源激发源电子能谱仪通常采用的激发源有三种：电子能谱仪通常采用的激发源有三种：X X射线源射线源、真空紫真空紫外灯
22、外灯和和电子枪电子枪。商品谱仪中将这些激发源组装在同一个样品。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。室中，成为一个多种功能的综合能谱仪。激发源激发源能量范围能量范围(eV)线宽线宽(eV)应用范围应用范围X 射线射线(Al,Mg 等等)1000 0.8内层和价层电子内层和价层电子紫外光紫外光(He I,II 等等)20 40 0.01价价 电电 子子电子枪电子枪2000 5000 0.5俄歇电子俄歇电子电子能谱常用激发源电子能谱常用激发源第二十八页，讲稿共四十八页哦1.1.射线源射线源XPSXPS中最常用的中最常用的X X射线射线源主要由灯丝、栅极源主要由灯
23、丝、栅极和阳极靶构成和阳极靶构成。双阳极双阳极X X射线源示意图射线源示意图要获得高分辨谱图和减少伴要获得高分辨谱图和减少伴峰的干扰，可以采用射线单峰的干扰，可以采用射线单色器来实现。即用球面弯曲色器来实现。即用球面弯曲的石英晶体制成，能够使来的石英晶体制成，能够使来自自X X射线源的光线产生衍射和射线源的光线产生衍射和“聚焦聚焦”，从而去掉伴线，从而去掉伴线和韧致辐射，并降低能量和韧致辐射，并降低能量宽度，提高谱仪的分辨率宽度，提高谱仪的分辨率。第二十九页，讲稿共四十八页哦2.2.紫外光源紫外光源紫外光电子能谱仪中使紫外光电子能谱仪中使用的高强度单色紫外线用的高强度单色紫外线源常用稀有气体的
24、放电源常用稀有气体的放电共振灯提供共振灯提供。UPSUPS中的中的HeIHeI气体放电灯示意图气体放电灯示意图 UPS光源的光子能量光源的光子能量气体气体I(eV)II(eV)He21.2240.81Ne16.8526.9116.6726.81Ar11.8311.62HLyman 10.20第三十页，讲稿共四十八页哦3.3.电子源电子源电子通常由金属的热发射过程得到。电子束具有可以聚电子通常由金属的热发射过程得到。电子束具有可以聚焦、偏转、对原子的电离效率高、简单易得等优点，在焦、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，因用电电子能谱中，电子束主要
25、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子枪作激发源得到的俄歇电子谱强度较大。常用于常用于AESAES的一种电子枪的一种电子枪第三十一页，讲稿共四十八页哦8.5.2 8.5.2 电子能量分析器电子能量分析器磁场式分析器磁场式分析器半球形分析器半球形分析器筒镜分析器筒镜分析器静电式分析器静电式分析器电子能量分析器电子能量分析器电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的不同能量电子能量分析器其作用是探测样品发射出来的不同能量电子的相对强度。它必须在高真空条件下工作即压力要电子的相对强度。它必须在高真空条件下工作即压力要低于低于1010-3-3帕，以便尽量减少电子与分析器中残余气
26、体分子帕，以便尽量减少电子与分析器中残余气体分子碰撞的几率。碰撞的几率。第三十二页，讲稿共四十八页哦半球形电子能量分析器半球形电子能量分析器半球形分析器示意图半球形分析器示意图第三十三页，讲稿共四十八页哦 筒镜形电子能量分析器筒镜形电子能量分析器筒镜分析器示意图筒镜分析器示意图第三十四页，讲稿共四十八页哦8.5.3 8.5.3 检测器检测器检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器检测器通常为单通道电子倍增器和多通道倍增器光电子或俄歇电光电子或俄歇电子流子流A1010-9-13倍增器倍增器1A10-4 通道电子倍增器是一通道电子倍增器是一种采用连续倍增电极表面种采用连续倍增电极表面（管状通道内
27、壁涂一层高（管状通道内壁涂一层高阻抗材料的薄膜）静电器阻抗材料的薄膜）静电器件。内壁具有二次发射性件。内壁具有二次发射性能。电子进入器件后在通能。电子进入器件后在通道内连续倍增，增益可达道内连续倍增，增益可达 10109 9 。多通道检测器是由多个多通道检测器是由多个微型单通道电子倍增器微型单通道电子倍增器组合在一起而制成的一组合在一起而制成的一种大面积检测器，也称种大面积检测器，也称位敏检测器（位敏检测器（PSDPSD）或多）或多阵列检测器阵列检测器。第三十五页，讲稿共四十八页哦8.5.4 8.5.4 真空系统真空系统电子能谱仪的真空系统有两个基本功能。电子能谱仪的真空系统有两个基本功能。1
28、 1、使样品室和分析器、使样品室和分析器保持一定的真空度，保持一定的真空度，以便使样品发射出来以便使样品发射出来的电子的平均自由程的电子的平均自由程相对于谱仪的内部尺相对于谱仪的内部尺寸足够大，减少电子寸足够大，减少电子在运动过程中同残留在运动过程中同残留气体分子发生碰撞而气体分子发生碰撞而损失信号强度。损失信号强度。2 2、降低活性残余气体的分压。因、降低活性残余气体的分压。因在记录谱图所必需的时间内，残在记录谱图所必需的时间内，残留气体会吸附到样品表面上，甚留气体会吸附到样品表面上，甚至有可能和样品发生化学反应，至有可能和样品发生化学反应，从而影响电子从样品表面上发射从而影响电子从样品表面
29、上发射并产生外来干扰谱线。并产生外来干扰谱线。298K298K吸附一层气体分子所需时间吸附一层气体分子所需时间1010-4-4PaPa时为时为1 1秒；秒；1010-7-7PaPa时为时为10001000秒秒第三十六页，讲稿共四十八页哦8.5.5 8.5.5 样品处理样品处理气化气化冷冻冷冻气体气体液体液体固体固体采用差分抽气的方法把气体采用差分抽气的方法把气体引进样品室直接进行测定引进样品室直接进行测定块状块状：直接夹在或粘在：直接夹在或粘在样品托上在样品托上；样品托上在样品托上；粉末粉末：可以粘在双面胶：可以粘在双面胶带上或压入铟箔（或金带上或压入铟箔（或金属网）内，也可以压成属网）内，也
30、可以压成片再固定在样品托上。片再固定在样品托上。（1 1）真空加热；（）真空加热；（2 2）氩离子刻蚀。）氩离子刻蚀。电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。电子能谱仪原则上可以分析固体、气体和液体样品。校正或消除样校正或消除样品的荷电效应品的荷电效应电中和法电中和法、内标法、内标法和外标法和外标法第三十七页，讲稿共四十八页哦8.6 8.6 应用举例应用举例电子能谱目前主要应用于催化、金属腐蚀、粘合、电电子能谱目前主要应用于催化、金属腐蚀、粘合、电极过程和半导体材料与器件等这样一些极有应用价值极过程和半导体材料与器件等这样一些极有应用价值的领域，探索固体表面的组成、形貌、结构、化学状的领
31、域，探索固体表面的组成、形貌、结构、化学状态、电子结构和表面键合等信息。随着时间的推移，态、电子结构和表面键合等信息。随着时间的推移，电子能谱的应用范围和程度将会越来越广泛，越来越电子能谱的应用范围和程度将会越来越广泛，越来越深入。深入。UPSUPS主要用于提供主要用于提供1 1）清洁表面或有化学吸附物的表面的电子结构；）清洁表面或有化学吸附物的表面的电子结构；2 2）参与）参与表面化学键的金属电子和分子轨道的组合等信息；表面化学键的金属电子和分子轨道的组合等信息；3 3）有关电子激发和电荷转移的信息。）有关电子激发和电荷转移的信息。第三十八页，讲稿共四十八页哦XPS XPS 是用是用X X射
32、线光子激发原子的内层电子发生电离，产生射线光子激发原子的内层电子发生电离，产生光电子，这些内层能级的结合能对特定的元素具有特定光电子，这些内层能级的结合能对特定的元素具有特定的值，因此通过测定电子的结合能和谱峰强度，可鉴定的值，因此通过测定电子的结合能和谱峰强度，可鉴定除除H H和和HeHe（因为它们没有内层能级）之外的全部元素（因为它们没有内层能级）之外的全部元素以及元素的定量分析。以及元素的定量分析。AES AES 也不能分析也不能分析H H、HeHe，对样品有一定的破坏作用，但其，对样品有一定的破坏作用，但其具有表面灵敏度高（检测极限小于具有表面灵敏度高（检测极限小于1010-18-18
33、g g）、分析速度快等）、分析速度快等优点，在表面科学领域主要进行优点，在表面科学领域主要进行1 1）表面组成的定性和定量；）表面组成的定性和定量；2 2）表面元素的二维分布图和显微像；）表面元素的二维分布图和显微像；3 3）表面元素的三维分布分析）表面元素的三维分布分析;4 4）表面元素的化学环境和键合等方面的研究。）表面元素的化学环境和键合等方面的研究。第三十九页，讲稿共四十八页哦8.6.1 8.6.1 表面组成的分析表面组成的分析Ag-PdAg-Pd合金退火前后的合金退火前后的AESAES谱谱a.a.退火前；退火前；b.700Kb.700K退火退火5min.5min.研究表明，表面组成和
34、体研究表明，表面组成和体相组成不同，这是由于发相组成不同，这是由于发生表面富集或形成强的吸生表面富集或形成强的吸附键所导致的。用附键所导致的。用AESAES或或XPSXPS能能测量样品表面测量样品表面“富集富集”情况。情况。体相体相PdPd原子浓度为原子浓度为40%40%的的Ag-PdAg-Pd合金合金ArAr轰击表面清洁处理后，由轰击表面清洁处理后，由于于AgAg的溅射几率较高，合金的溅射几率较高，合金表面表面PdPd的相对浓度为的相对浓度为57%57%高温退火后，合金稳定的表高温退火后，合金稳定的表面组成为面组成为PdPd3232AgAg6868，表面为，表面为AgAg富集。富集。第四十页
35、，讲稿共四十八页哦样品的深度分析样品的深度分析Ni-BNi-B合金表面合金表面NiNi、B B、O O的表面浓度与氩刻时间的关系的表面浓度与氩刻时间的关系体相体相Ni72B28氧化态氧化态B B元素态元素态B B第四十一页，讲稿共四十八页哦8.6.2 8.6.2 化学状态的鉴定化学状态的鉴定原子化学环境的变化对原子化学环境的变化对XPSXPS和和AESAES中测量中测量的电子能量都有影响，使之偏离标准值的电子能量都有影响，使之偏离标准值产生所谓的化学位移。根据化学位移的产生所谓的化学位移。根据化学位移的数值，可以给出待测样品的化学状态的数值，可以给出待测样品的化学状态的信息。信息。下面是下面是
36、NiNi8080P P2020合金表面合金表面NiNi的的2 2P P3/23/2、O O的的1 1S S以及以及P P的的2P XPS2P XPS图谱。图谱。第四十二页，讲稿共四十八页哦 Ni-PNi-P合金的合金的Ni 2pNi 2p3/23/2 XPS XPS谱谱a a 清洁表面；清洁表面；b 1barOb 1barO2 2、403K403K氧化氧化1 1小时小时金属态的镍金属态的镍Ni较较高高氧氧化化态态的的镍镍NiNi3+3+第四十三页，讲稿共四十八页哦Ni-PNi-P合金的合金的O 1s XPS谱谱a a 清洁表面；清洁表面；b 1barOb 1barO2 2、403K403K氧化
37、氧化1 1小时小时氧氧化化镍镍中中的的氧氧表面污染的氧表面污染的氧P P2 2O O5 5中中的的氧氧第四十四页，讲稿共四十八页哦 Ni-PNi-P合金中合金中P P的的2p XPS2p XPS谱谱a a 清洁表面；清洁表面；b 1barOb 1barO2 2、403K403K氧化氧化1 1小时小时P P2 2O O5 5中中的的磷磷第四十五页，讲稿共四十八页哦氧吸附对表面氧吸附对表面B B和和NiNi的影响的影响Ni-BNi-B合金表面合金表面AESAES谱谱1L=11L=1.3.31010-4-4PaPa60s60s元素态硼主要在元素态硼主要在180eV180eV处有一个强峰处有一个强峰氧化态氧化态B B于处于处172eV172eV的的谱线出现并逐渐变强谱线出现并逐渐变强第四十六页，讲稿共四十八页哦8.6.3 8.6.3 在催化研究中的应用在催化研究中的应用 合成氨催化剂的合成氨催化剂的Fe Fe 2P2P3/2 3/2 芯能级的结合能随芯能级的结合能随还原程度还原程度 a af f而变化。而变化。第四十七页，讲稿共四十八页哦MoOMoO3 3/Al/Al2 2O O3 3催催化剂的化剂的XPSXPS谱谱第四十八页，讲稿共四十八页哦