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1、电子能谱分析法课件本讲稿第一页，共十七页一、基本概念一、基本概念光电子能谱：光电子能谱：简称简称ESCAESCA（Electron Spectroscopy For Chemical Electron Spectroscopy For Chemical AnalysisAnalysis），由），由X X射线或紫外线作用于样品表面产生光电子，分析射线或紫外线作用于样品表面产生光电子，分析这些光电子能量分布得到的光电子能谱。实际上包括两种能谱：这些光电子能量分布得到的光电子能谱。实际上包括两种能谱：X X光电子能谱（简称光电子能谱（简称XPSXPS）和紫外线光电子能谱（）和紫外线光电子能谱（UPS
2、UPS）。由于前者）。由于前者在实用方面比后者更普遍，所以常把在实用方面比后者更普遍，所以常把XPSXPS称为称为ESCAESCA。光电效应：光电效应：原子在原子在X-rayX-ray的作用下，内层电子得到能量而的作用下，内层电子得到能量而发生电离成为自由电子发生电离成为自由电子(光电子光电子)的现象。的现象。本讲稿第二页，共十七页费米能级（费米能级（Fermi levelFermi level）：）：反映电子在能带中填充能级水平反映电子在能带中填充能级水平高低的一个参数高低的一个参数。就一个由费米子组成的微观体系而言，每个费米子都就一个由费米子组成的微观体系而言，每个费米子都处在各自的量子能
3、态上。现在假想处在各自的量子能态上。现在假想 把所有的费米子把所有的费米子 从这些量子态上移开。从这些量子态上移开。之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据 最低的可供占最低的可供占据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级。即可粗略理解为费米能级。物理意义是，该能级上的一个状态被电子占据的几率是物理意义是，该能级上的一个状态被电子占据的几率是
4、1/21/2。本讲稿第三页，共十七页X射线源(X-ray)过滤窗样品室能量分析器检测器扫描和记录系统真空系统(1.3310-51.3310-8Pa)磁屏蔽系统(110-8T)电子能谱仪结构方框示意图电子能谱仪结构方框示意图二、电子能谱仪结构及工作原理二、电子能谱仪结构及工作原理1 1、结构、结构本讲稿第四页，共十七页2 2、工作原理、工作原理本讲稿第五页，共十七页本讲稿第六页，共十七页光电子能量公式：光电子能量公式：E Ek k=hv-E=hv-Eb b-W-W能量衡算式：能量衡算式：本讲稿第七页，共十七页三、三、X射线光电子能谱谱图分析射线光电子能谱谱图分析本讲稿第八页，共十七页以银的光电子
5、能谱图为例进行分析：以银的光电子能谱图为例进行分析：本讲稿第九页，共十七页四、谱峰位移四、谱峰位移（分为化学位移和物理位移）（分为化学位移和物理位移）1、化学位移、化学位移定义：由于原子周围的化学环境的改变所引起的位移。定义：由于原子周围的化学环境的改变所引起的位移。（可以用静电模型来解释可以用静电模型来解释）通过对化学位移的研究，可以了解原子的状态，可能通过对化学位移的研究，可以了解原子的状态，可能处于的化学环境以及分子结构等。处于的化学环境以及分子结构等。例如：三氟醋酸乙酯，其结构式为：例如：三氟醋酸乙酯，其结构式为：其中其中C1sC1s电子结合能应为电子结合能应为284eV284eV，但
6、由于该分，但由于该分子中不同子中不同C C周围环境不同，从而出现四条谱线，周围环境不同，从而出现四条谱线，最大谱线位移达最大谱线位移达8.2eV8.2eV，如右图，如右图本讲稿第十页，共十七页2 2、物理位移、物理位移定义：由于表面荷电效应、自由分子的压力效应以及固体的热效应等物定义：由于表面荷电效应、自由分子的压力效应以及固体的热效应等物理因素所引起的电子结合能的变化。理因素所引起的电子结合能的变化。本讲稿第十一页，共十七页五、在催化剂研究中的应用五、在催化剂研究中的应用1 1、组分鉴别、组分鉴别（最强特征吸收峰）（最强特征吸收峰）本讲稿第十二页，共十七页2 2、价态分析、价态分析（化学位移
7、）（化学位移）本讲稿第十三页，共十七页3 3、半定量分析、半定量分析（原子数之比）（原子数之比）（1 1）AESAES半定量分析半定量分析（2 2）XPSXPS半定量分析半定量分析本讲稿第十四页，共十七页4 4、金属分散度测定、金属分散度测定（峰强度之比（峰强度之比RdRd）金属组分在载体表面上的分散度与其表面颗粒大小成反比，而金属离金属组分在载体表面上的分散度与其表面颗粒大小成反比，而金属离子的大小对金属自身的特征峰强度有很大影响，粒子线度比其光电子子的大小对金属自身的特征峰强度有很大影响，粒子线度比其光电子的平均自由程越大，其峰越弱。在电子能谱测量中，如果其他条件相的平均自由程越大，其峰越
8、弱。在电子能谱测量中，如果其他条件相同或不起主要作用时，便可用金属组分的峰强同载体组分的峰强之比同或不起主要作用时，便可用金属组分的峰强同载体组分的峰强之比（简称强度比）（简称强度比）RdRd表征金属组分的相对分散程度。表征金属组分的相对分散程度。本讲稿第十五页，共十七页5 5、酸性测定、酸性测定（峰强度之比（峰强度之比RdRd）酸的催化剂表面上的相对强弱程度。酸的催化剂表面上的相对强弱程度。本讲稿第十六页，共十七页6 6、催化研究中其他一些方面的应用、催化研究中其他一些方面的应用（1 1）催化剂组分间的相互作用研究）催化剂组分间的相互作用研究（2 2）失活和中毒机理分析）失活和中毒机理分析本讲稿第十七页，共十七页