電子能量損失譜

電子能量損失譜

1、原理低能電子束接近外表時(shí)會(huì)與晶體外表振動(dòng)模發(fā)生相互作用，被反射回來(lái)的電子得到固體外表結(jié)構(gòu)的信息IR和HREELS都是通過(guò)觀察吸附原子和分子的振動(dòng)頻率來(lái)研究吸附，但HREELS能觀察到更低的振動(dòng)頻率，有更寬的譜線(xiàn)范圍〔<100meV或1000cm-1波數(shù)〕CO分子的拉伸振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)偶極子垂直于外表，這個(gè)偶極子在晶體外表產(chǎn)生了一個(gè)鏡向偶極子，當(dāng)入射電子接近外表時(shí)所看到的是振動(dòng)偶極子的總強(qiáng)度2p。假設(shè)激發(fā)出CO平行于外表的振動(dòng)，振蕩偶極子也平行于外表，產(chǎn)生的鏡像偶極矩與它的方向相反，外表偶極距的總和為零。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–Evib1eV<E0<10eV偶極子＋－＋－鏡向偶極子偶極子＋－＋－鏡向偶極子ee’橋式分子吸附立式分子吸附對(duì)稱(chēng)橋式原子吸附頂式原子吸附非對(duì)稱(chēng)橋式原子吸附原子量、結(jié)合能、長(zhǎng)度及角度，通過(guò)入射電子與吸附原子偶極矩中垂直于外表的振蕩的相互作用進(jìn)行計(jì)算，并由選擇定那么得到上圖右邊的電子能量損失峰(a)由單個(gè)原子作垂直于外表振動(dòng)的低頻峰；由兩個(gè)原子間的拉伸振動(dòng)所產(chǎn)生的高頻峰(b)低頻峰由整個(gè)分子對(duì)襯底作振動(dòng)產(chǎn)生；高頻峰同分子的拉伸振動(dòng)相對(duì)應(yīng)(c)只有從一種振動(dòng)中得到的一個(gè)垂直振動(dòng)分量(d)出現(xiàn)第二個(gè)垂直振動(dòng)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(dòng)模。

=0.6時(shí)，聲子激發(fā)消失，氧的振動(dòng)模移到94和130meV

吸附模型2、實(shí)驗(yàn)裝置HREELS特點(diǎn)：(1)初級(jí)電子能量很低。3~10eV(2)所損失的能量很小(<500meV)，譜線(xiàn)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(duì)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(jí)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(cè)系統(tǒng)

3、應(yīng)用

HREELS用來(lái)做包括氫在內(nèi)的指紋鑒定及外表結(jié)構(gòu)分析指紋鑒定與IR比較即可。特別適合作氣體在外表的吸附〔<0.1%單層〕和吸附層在化學(xué)反響過(guò)程中所產(chǎn)生的中間物的鑒定(1)吸附

(2)分解反響先做C2H2+O2得C和O的譜線(xiàn)為550cm-1和630cm-12080cm-1為CO吸附在W(100)上的譜線(xiàn)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外表分解后的三種中間產(chǎn)物150K，看到歸于OH、CH3和CO譜線(xiàn)180KOH譜線(xiàn)消失，但CH3和CO仍存在。CO來(lái)自升溫過(guò)程中的污染。而不是甲醇分解產(chǎn)生。真正的吸附物是CH3O300KCH3O分解，出現(xiàn)O譜線(xiàn)，∵CO不會(huì)是在300K分解。H由于偶極矩大小，看不到譜線(xiàn)。

呋喃在Ru(001)單晶上的受熱行為250K＋功函數(shù)變化〔Φ〕測(cè)量意義研究反響物與固體外表的電子轉(zhuǎn)移情況電子是由誰(shuí)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)到達(dá)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(shì)，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)T0時(shí)在E=EF能級(jí)，f(EF)=1/2在費(fèi)米能級(jí)EF，被電子充填的幾率和不充填的幾率是相同的，也就是說(shuō)Fermi能級(jí)就是電子填充一半時(shí)的能級(jí)真空能級(jí)：電子到達(dá)該能級(jí)時(shí)完全自由而不受核的作用真空能級(jí)與費(fèi)米能級(jí)之差即為功函數(shù)

EFEv

吸附引起功函數(shù)變化

功函數(shù)隨覆蓋度θ變化符合Helmholfz方程：

Φ＝4πθμN(yùn)s吸附過(guò)程中吸附質(zhì)與外表間電子轉(zhuǎn)移方向吸附物種與外表所成鍵的偶極矩〔μ〕吸附質(zhì)在外表的粘附系數(shù)〔s〕eAgWFe+++++++AgWF2、從功函數(shù)能得到什么信息測(cè)量原理

UR為負(fù)值，樣品相對(duì)于陰極為負(fù)。S與C間存在一減速場(chǎng)〔又稱(chēng)阻擋勢(shì)〕，使電子不能到達(dá)樣品，因而二極管的電流為零。只有當(dāng)UR變化到eUR≧Φs－Φc

那么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(xiàn)。吸附時(shí)，拐點(diǎn)位置由〔Φs－Φc〕/e移到〔Φs－Φs－Φc〕/e即拐點(diǎn)移動(dòng)的電位變化相應(yīng)于樣品的功函數(shù)變化3、如何測(cè)量功函數(shù)拐點(diǎn)不易測(cè)定，采用電勢(shì)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(cè)出，從而獲得I’〔UR〕和I〞(UR)隨UR變化曲線(xiàn)程序升溫?zé)崦摳健睺PD〕和程序升溫反響譜〔TPRS〕反響速率脫附速率

N－單位面積上吸附的分子數(shù)I－質(zhì)譜信號(hào)

θ一定，改變樣品升溫速率，作lnI對(duì)1/TP圖，從斜率可以得Ed

k氧在電解銀上的兩種吸附態(tài)的Ed值

方法覆蓋度分子態(tài)（為O2吸附）Ed/kJ?mol-1原子態(tài)（O，吸附）Ed/kJ?mol-1LnI~1/Tp0.01592134溫度質(zhì)譜信號(hào)TpTPRS

A(g)→AaB(g)→BaAa+Ba→C+DAa+Ba→Ca+DaCa→C(g)Da

→D(g)能得到TPD所能得到的全部動(dòng)力學(xué)參數(shù)〔n、Ed、v〕獲得外表反響機(jī)理的信息：