《電子能量損失譜》PPT課件.ppt

電子能量損失譜,1、原理 低能電子束接近表面時(shí)會與晶體表面振動模發(fā)生相互作用，被反射回來的電子得到固體表面結(jié)構(gòu)的信息,IR和HREELS都是通過觀察吸附原子和分子的振動頻率來研究吸附，但HREELS能觀察到更低的振動頻率，有更寬的譜線范圍（100 meV或1000 cm-1波數(shù)）,CO分子的拉伸振動產(chǎn)生的振動偶極子垂直于表面，這個(gè)偶極子在晶體表面產(chǎn)生了一個(gè)鏡向偶極子，當(dāng)入射電子接近表面時(shí)所看到的是振動偶極子的總強(qiáng)度2p。若激發(fā)出CO平行于表面的振動，振蕩偶極子也平行于表面，產(chǎn)生的鏡像偶極矩與它的方向相反，表面偶極距的總和為零。入射電子只與吸附分子的振蕩偶極矩的垂直分量起作用產(chǎn)生散射,Ek = E0 Evib 1eV E0 10eV,橋式分子吸附,立式分子吸附,對稱橋式 原子吸附,頂式原子吸附,非對稱橋式 原子吸附,已知原子量、結(jié)合能、長度及角度，通過入射電子與吸附原子偶極矩中垂直于表面的振蕩的相互作用進(jìn)行計(jì)算，并由選擇定則得到上圖右邊的電子能量損失峰 (a) 由單個(gè)原子作垂直于表面振動的低頻峰；由兩個(gè)原子間的拉伸振動所產(chǎn)生的高頻峰 (b) 低頻峰由整個(gè)分子對襯底作振動產(chǎn)生；高頻峰同分子的拉伸振動相對應(yīng) (c) 只有從一種振動中得到的一個(gè)垂直振動分量 (d) 出現(xiàn)第二個(gè)垂直振動分量 (e) 一種損失峰, 0.2在離彈性峰56meV處由于激發(fā)聲子而出現(xiàn)損失峰。90和125meV損失峰為氧的振動模。 = 0.6 時(shí)，聲子激發(fā)消失，氧的振動模移到94和130meV,吸附模型,2、實(shí)驗(yàn)裝置,HREELS特點(diǎn)： (1) 初級電子能量很低。310eV (2) 所損失的能量很小(500meV)，譜線半寬度約10meV，要求能量分析器的分辨能力10meV。目前最好的分辨能力3-8meV (3) 電子能量損失譜對角度很靈敏。要求角分辨能力1.5o,總結(jié)：要求儀器有一個(gè)能量低、單色性很好的初級電子束，并有一個(gè)能量分辨能力，角分辨率和靈敏度都很高的檢測系統(tǒng),3、應(yīng)用,HREELS用來做包括氫在內(nèi)的指紋鑒定及表面結(jié)構(gòu)分析 指紋鑒定與IR比較即可。特別適合作氣體在表面的吸附（0.1%單層）和吸附層在化學(xué)反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的中間物的鑒定,(1) 吸附,(2) 分解反應(yīng),先做C2H2+O2 得C和O的譜線為550 cm-1和630 cm-1 已知2080 cm-1為CO吸附在W(100)上的譜線,結(jié)論：CO在吸附初期0.7L已發(fā)生分解，因此只有C和O峰,甲醇在Ni表面分解后的三種中間產(chǎn)物,150K，看到歸于OH、CH3和CO譜線 180K OH譜線消失，但CH3和CO仍存在。CO來自升溫過程中的污染。而不是甲醇分解產(chǎn)生。真正的吸附物是CH3O 300K CH3O分解，出現(xiàn)O譜線，CO不會是在300K分解。H由于偶極矩大小，看不到譜線。,呋喃在Ru(001)單晶上的受熱行為,250 K,功函數(shù)變化（ ）測量,意義 研究反應(yīng)物與固體表面的電子轉(zhuǎn)移情況 電子是由誰提供的以及這種提供能力的強(qiáng)弱 功函數(shù)正是標(biāo)志了這種電子傳遞能力的一個(gè)重要的物理量,1、什么是功函數(shù) 電子在固體中的分布服從Fermi-Dirac光量子統(tǒng)計(jì) 達(dá)到熱平衡時(shí)，電子處在能量為E的狀態(tài)的幾率是,f(E)=1/exp(E-EF)/kT) + 1,費(fèi)米能量或化學(xué)勢，體積不變的條件下，系統(tǒng)增加一個(gè)電子所需要的自由能,當(dāng)T 0時(shí)在E = EF能級，f(EF) = 1/2,在費(fèi)米能級EF，被電子充填的幾率和不充填的幾率是相同的，也就是說Fermi能級就是電子填充一半時(shí)的能級,真空能級：電子達(dá)到該能級時(shí)完全自由而不受核的作用,真空能級與費(fèi)米能級之差即為功函數(shù),吸附引起功函數(shù)變化,功函數(shù)隨覆蓋度變化符合Helmholfz方程：,4Ns, 吸附過程中吸附質(zhì)與表面間電子轉(zhuǎn)移方向, 吸附物種與表面所成鍵的偶極矩（）, 吸附質(zhì)在表面的粘附系數(shù)（s）,2、從功函數(shù)能得到什么信息,測量原理,UR為負(fù)值，樣品相對于陰極為負(fù)。S與C間存在一減速場（又稱阻擋勢），使電子不能達(dá)到樣品，因而二極管的電流為零。只有當(dāng)UR變化到,eURsc,則樣品上可收集到陰極熱電子發(fā)射的電流，因而得到二極管的伏安特性曲線。吸附時(shí)，拐點(diǎn)位置由（sc）/e移到（s sc）/e即拐點(diǎn)移動的電位變化相應(yīng)于樣品的功函數(shù)變化,3、如何測量功函數(shù),拐點(diǎn)不易測定，采用電勢調(diào)制技術(shù)，在直流電壓上加一小交流電壓U，采用鎖相放大器可將頻率W和2W傳導(dǎo)測出，從而獲得I（UR）和I”(UR)隨UR變化曲線,程序升溫?zé)崦摳剑═PD）和程序升溫反應(yīng)譜（TPRS）,反應(yīng)速率,脫附速率,N單位面積上吸附的分子數(shù) I質(zhì)譜信號,一定，改變樣品升溫速率，作lnI對1/TP圖，從斜率可以得Ed,氧在電解銀上的兩種吸附態(tài)的Ed值,TPRS,A(g) Aa B(g) Ba Aa + Ba C + D Aa + Ba Ca + Da Ca C(g) Da D(g), 能得到TPD所能得到的全部動力學(xué)參數(shù)（n、Ed、v） 獲得表面反應(yīng)機(jī)理的信息：