第4章表面分析手段3XPS

第四章——表面分析手段3

李碩琦山東科技大學(xué)材料學(xué)院2015.44.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

X射線光電子能譜4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryIn1887,HeinrichRudolfHertzdiscoveredbutcouldnotexplainthephotoelectriceffect,whichwaslaterexplainedin1905byAlbertEinstein(NobelPrizeinPhysics1921).光電效應(yīng)-諾貝爾獎(jiǎng)！4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryAfterWWII,KaiSiegbahnandhisresearchgroupinUppsala(Sweden)developedseveralsignificantimprovementsintheequipment,andin1954recordedthefirsthigh-energy-resolutionXPSspectrumofcleavedsodiumchloride(NaCl),revealingthepotentialofXPS.二次大戰(zhàn)后，

烏普薩拉大學(xué)Siegbahn研究組發(fā)展了儀器技術(shù)，并于1954年率先記錄了純凈食鹽的XPS光譜，揭示了XPS技術(shù)的潛力。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryAfewyearslaterin1967,SiegbahnpublishedacomprehensivestudyofXPS,bringinginstant(立即的)recognitionoftheutilityofXPS.1967年，Siegbahn發(fā)表了XPS的綜合研究，引發(fā)了對(duì)XPS應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistoryIncooperationwithSiegbahn,asmallgroupofengineers(MikeKelly,CharlesBryson,LavierFaye,RobertChaney)atHewlett-PackardintheUSA,producedthefirstcommercialmonochromatic(單色的，單頻的)XPSinstrumentin1969.SiegbahnreceivedtheNobelPrizeforPhysicsin1981,toacknowledgehisextensiveeffortstodevelopXPSintoausefulanalyticaltool.美國(guó)的MikeKelly等人隨即在1969年制作了第一臺(tái)商業(yè)單色XPS。1981年，Siegbahn得到諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

HistorySiegbahnin1981Born20April1918

Lund,

SwedenDied20July2007

(aged

89)

?ngelholm,SwedenNationalitySwedenFieldsPhysicsInstitutionsUniversityofStockholm

UniversityofUppsalaAlmamaterUniversityofStockholmKnown

forhigh-resolution

electronspectroscopyNotableawardsNobelPrizeinPhysics

(1981)4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光電效應(yīng)）

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光電效應(yīng)）

Thekineticenergyoftheejectedelectronsisequaltothedifferencebetweentheenergyofthex-rayandthebindingenergy,Eb:

Ek=hυ-Eb-Фinυisthefrequencyoftheincidentphoto,EbistheenergyofthecorelevelfromwhichtheelectronisejectedandФisknownasthespectrometerworkfunction,acharacteristicoftheinstrumentusedtoperformthemeasurement.釋放電子的動(dòng)能為X射線能量和結(jié)合能的差4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光電效應(yīng)）

Ek=hυ-Eb-Фinυisthefrequencyoftheincidentphoto,EbistheenergyofthecorelevelfromwhichtheelectronisejectedandФisknownasthespectrometerworkfunction,acharacteristicoftheinstrumentusedtoperformthemeasurement.υ是入射光子的頻率，Eb

是逸出電子能級(jí)的能量，Ф是光譜儀的工作函數(shù)。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子軌道能級(jí)圖一個(gè)問(wèn)題：能級(jí)的能量是由什么決定的？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子軌道能級(jí)圖Theenergiesaredeterminedbythequantumnumbersnandl.能級(jí)的能量由量子數(shù)n和l來(lái)決定。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原子軌道能級(jí)圖Becausetheenergylevelsfordifferentatomsareunique,theemissionofelectronsfromdifferentatomswillresultinelectronsdetectedatwell-definedenergies,andtheresultingspectrumallowsthedeterminationofthecompositionofthesurface.翻譯？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

原理：ThePhotoelectricProcess（光電效應(yīng)）Becausetheenergylevelsfordifferentatomsareunique,theemissionofelectronsfromdifferentatomswillresultinelectronsdetectedatwell-definedenergies,andtheresultingspectrumallowsthedeterminationofthecompositionofthesurface.由于不同種類(lèi)原子的能級(jí)不同，原子的種類(lèi)即可從可以清晰分辨的能量中判別出來(lái)，從而測(cè)出表面的元素組成。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用1：材料表面元素的定性定量分析PeaksinanXPSspectrumarelabelledaccordingtotheshellfromwhichtheelectronisremovedintheionizationprocess.XPS譜圖的峰用解離過(guò)程中電子離開(kāi)的原子軌道的符號(hào)標(biāo)記。XPSnotation1s2s2p3s3p3d4s4p4d…4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用1：材料表面元素的定性定量分析

AbroadXPSscan,coveringallthebindingenergyrange,isknownasasurveyscan,andisausefulwayofidentifyingwhatelementsarepresentatthesurfaceofagivensample.用“survey”來(lái)確定元素種類(lèi)4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用1：材料表面元素的定性定量分析—舉例

4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

劉敬權(quán)，泰山學(xué)者海外特聘專(zhuān)家1989年在山東大學(xué)化學(xué)系獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位2004年在澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）化學(xué)系獲得理學(xué)博士學(xué)位。從2004年到2005年在澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院（CSIRO）和悉尼科技大學(xué)（UTS）做博士后。從2006年在新南威爾士大學(xué)做博士后。從2007年在加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)做博士后。從2007年2010年在新南威爾士大學(xué)做校長(zhǎng)特聘研究員。從2010年4月起全職受聘于青島大學(xué)，擔(dān)任二層面特聘教授。主要研究功能高分子的合成；生物傳感器；碳納米材料（石墨烯和碳納米管等）；納米復(fù)合材料等。BEAConfidential.|21BEAConfidential.|22BEAConfidential.|23BEAConfidential.|244.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用1：材料表面元素的定性定量分析—舉例

署名的問(wèn)題？4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

Aexample芘丁酸煅燒BEAConfidential.|274.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

Aexample4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析TheotheressentialfeatureofXPSthatcontributestoitsusefulnessisthefactthat,whenmeasuredathighresolution,theenergiesofthedetectedelectronsaredependentnotonlyontheidentityoftheatoms,butontheirlocalchemicalenvironments.XPS的另一個(gè)有用的特征在于，當(dāng)在高分辨率下測(cè)定時(shí)，出射電子能量不僅和元素種類(lèi)有關(guān)，還和其化學(xué)環(huán)境有關(guān)。4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析

Forexample,thebindingenergyofacarbonatomboundonlytoothercarbonatomsiscloseto285eV,whereasthe1scarbonsignalfromaC=Ocarbonisdetectedatapproximately289eV.Whenbondedtoaveryelectronegativeatomlikefluorine,theshiftcanbeaslargeas9eV.C=OcarbonC-FcarbonC-Ccarbon4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析

Amodernspectrometerwithamonochromaticsourcecaneasilydistinguishdifferencesofthesemagnitudesandtherefore,itispossibletogaininformationaboutthebondingofthesurfaceatoms.4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析

Thechemicalshiftbetweenaluminummetalandaluminumoxideis~3eVandclearlyresolved.鋁單質(zhì)和氧化鋁的結(jié)合能之間存在3eV的化學(xué)位移。Al2pXPSspectrumofnativealuminumoxideAlAl2O34.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析—舉例1

羰基內(nèi)酯酚羥基酸酐醚吡咯醌氧化處理前氧化處理后survey4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析—舉例2

目的：鈦合金在組織工程中的進(jìn)一步功能化BEAConfidential.|41BEAConfidential.|42BEAConfidential.|45殼聚糖的兩種形式4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

應(yīng)用2：化學(xué)環(huán)境的分析—舉例3

目的：鎳原子的高度分散，高效催化劑4.3X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

XPS的最大特點(diǎn)