1、第六章 电子能谱技术,1. 概述,光电效应:物质受光作用放出电子的现象称为光电效应,也称为光电离作用或光致发射,光电截面:某能级的电子对入射光子有效能量转移面积.也可以表示为一定能量的光子与原子作用时,从某个能级激发出一个电子的几率,平均自由路程:电子在非弹性碰撞前所经历的平均距离,电子能谱分类:按激发源分:紫外光电子能谱(UPS) 、X光电子能谱(XPS)等按发射电子状况分:外壳层光电子能谱(PESOS).内壳层光电子能谱(PESIS)等,2. 俄歇电子能谱,俄歇电子产率,俄歇电子的逃逸深度:逃逸深度与基体关系不大,随材料变化不大.一般为5 20,电子碰撞引起的内层电离几率EP(入射电子能量
2、)/EK(内层的结合能)从1增加时,电离截面也迅速增加,直到EP/EK3时达最大值,基体效应(化学位移)：俄歇谱的线形和出现几率最大的能量受化学环意的影响化学位移,激发电子源(电子枪),高真空系统(10-10托),俄歇电子动能分析器(高通滤波器.带通滤波器),谱图记录,校正曲线法-若纯标准样品和分析样品所得元素俄歇峰强度分别为IXSTD和IX 则原子浓度CX间有关系式:,元素灵敏度系数法在相同实验条件下,得到纯元素标样俄歇谱,求出仪器灵敏度.并在得到每个谱之前用银样品校正仪器的灵敏度,得到各元素相对于银的灵敏度系数称相对灵敏度系数.元素X的原子浓度可表达为:,俄歇电子具有明确的能量，它可根 据
3、跃迁涉及到的能级进行估算。定性分 析时,只要把记录的俄歇峰与己经测定的 各元素俄歇峰对照就可确定。,催化剂表面组成分析,吸附解吸研究,跟踪存在表面的分子特性,研究表面反应,用化学位移确定价态,3. 光电子能谱技术,(1). 光电效应,具有一定能量的入射光子与原子 相互作用.光子把全部能量交给原子中 某壳层上一个电子.电子一部分能量克 服结合能.其余作为光电子动能发射出 去,称光电效应.,(2). 光电子能谱,光电子有动能,在数量上有 统计分布.以光电子强度(数目) 为纵座标,光电子动能为横座标 作图所得图称光电子能谱.,(3). 费米能级,晶体中自由电子在Ei能级轨道出 现的几率f(Ei):,
4、Ef是费米能级.,(4). 光电子能量公式,能量为 的光子入射到样品表 面,光子能量全部传递给一个电子, 获得能量 这个电子要从样品 中飞出,必须作功W总.则飞出的光电 子动能EK为:,EK =E W总= W总,分析W总包括,E结合:样品原子中一个电子消耗一 部分能量达到Fermi能级.这过程消耗 的能量称电子结合能., :电子还需克服样品晶格对它吸 引力,这消耗的能量称功函数., : 样品和仪器是相连的,由于 二种材料不一样.二者之间有一个接触电势 梯度., :电子离开原子时,遵守动量守恒.有一 部分能量要传递给原子.这能量称反冲能.,入射光子能量分配,接触电势,WBWA=e(VAVB),讨
5、论E冲,(5). 光电子能谱分析及化学位移,A.) 能级的表示:,N(主量子数),L(角量子数),J(内量子数),J=Lms,B.) 元素的特徵峰:,光电子能谱上电子动能代表原子内 层电子结合能.每个元素都有1-2个代表 的最强特征峰(如Ag.3d3/2-5/2).确定 元素组成.,C.) 分辨力(率):,对能量为Ei的光电子峰,相对分辨力为: Ei/E.,E 为该峰的半高宽度称绝对分辨力,E2=E2X+ E2自 + E2仪,D.) 能级自然宽度:,t是空穴的平均寿命,E.) 电子结合能的化学位移:,核电荷,核外电荷分布的变化,电子结合能的变化,光电子谱峰位移,F.) 化学位移效应讨论:,离子
6、型化合物模型,分子电位模型,等效原子实(原子核心)模型,G.) 其它干扰峰:,污染峰,尾巴峰,伴峰和俄歇电子峰,(6). 光电子能谱仪简介,激发源,进样系统,样品室,能量分析器,放大, 记录和数据处理系统,扫描控制系统,真空系统,外磁场屏蔽,(7). 光电子能谱实验技术,A. 谱图的一些名词说明,B. 样品制备及处理,C. 光电子能谱仪的校正,能量相对定标,能量的绝对定标,D. 定量分析及其困难,影响谱峰强度的因素:,:光致电离截面(光致电离几率),:光电子平均自由路程,:电子倍增管所能检测到的光电子分数,E. 相对定量的可能,同一样品,相同元素不同状态的相对浓度,同一样品,不同元素相对含量之比,F. 光电子能谱实验中应注意的问题,样品表面的化学变化,光化学反应等,(8). 光电子能谱在催化研究中应用,A. 催化剂表面组分鉴别,B. 价态分析,C. 组分间相互作用,D. 表面吸附研究,E. 失活和中毒机理研究,
