XPS在催化劑研究中的應(yīng)用

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1、XPS在催化劑研究丫摘要1Abstract11弓I言22XPS的基本原理23XPS應(yīng)用基礎(chǔ)34X射線光電子能譜在催化劑研究中的應(yīng)用55展望116結(jié)論11參考文獻(xiàn)12致謝錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。摘要X射線光電子能譜(XPS)是一種能夠測(cè)定材料表面中元素的構(gòu)成、實(shí)驗(yàn)式,以及其中所含元素化學(xué)態(tài)的表面化學(xué)分析技術(shù)。它的靈皺性，非結(jié)構(gòu)破壞性測(cè)試能力和可獲得化學(xué)態(tài)信息的能力，使其成為表面分析的極有力工具。本文簡(jiǎn)介XPS的原理并舉出一些XPS在催化劑表征技術(shù)中的應(yīng)用的實(shí)例。關(guān)鍵詞:XPS；催化劑；表面分析；AbstractX-r

2、ayPhotoelectronSpectroscopy(XPS)isoneoftilecommontechniquesonsurfaceanalysis,whichcandeterminetheelementsofthematerialsandalsocangivetheinformationoftheelementschemicalstates.Itssensitive,non-destructivetestingcapabilityandstructuralchemicalstateinformation

3、availablecapacity,makingitanextremelypowerfultoolforsurfaceanalysis.ThisarticleintroducestheprincipleofXPSandanalysesitsapplicationincatalystcharacterizationtechniques.Keywords:XPS；catalyst；SurfaceanalysisX射線光電子能譜（XPS）也被稱(chēng)作化學(xué)分析用電子能譜（ESCA）o該方i是在六十年代由瑞典科學(xué)家KaiS

4、iegbahn教授發(fā)展起來(lái)的。出于在光電了能譜的理論和技術(shù)上的重人貢獻(xiàn)，1981年，KaiSiegbahn獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。近兒十年來(lái)，X射線光電子能譜無(wú)論在理論上和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都已獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于XPS具有很高的表面靈敏度，適合于有關(guān)涉及到表面元索定性和定量分析方面的應(yīng)用，同樣也可以應(yīng)用于元索化學(xué)價(jià)態(tài)的研究⑴。此外，配合離子束剝離技術(shù)和變角XPS技術(shù)，還可以進(jìn)行薄膜材料的深度分析和界而分析。因此，XPS方法可廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工，材料，機(jī)械，電子材料等領(lǐng)域。2XPS的基本原理具有足夠能量的入射光子（hv

5、）同樣品相互作用時(shí)，光子把它的全部能量轉(zhuǎn)移給原子、分子或固體的某一束縛電子，使Z電離。此時(shí)光子的一部分能量用來(lái)克服軌道電子結(jié)合能（Eb）,余下的能量便成為發(fā)射光電子（e）所具有的動(dòng)能（EQ,這就是光電效應(yīng)。可表示為A+hv—?A**+e'由于原子、分子或固體的靜止質(zhì)量遠(yuǎn)人于屯子的靜止質(zhì)量，故在發(fā)射光電子后，原子、分子或固體的反沖能量（Er）通常忽略不計(jì)。上述過(guò)程滿足愛(ài)因斯坦能量守恒定律hv=Er+Ek對(duì)于固體樣品，計(jì)算結(jié)合能的參考點(diǎn)不是選真空中的靜止電子，而是選用費(fèi)米能級(jí)，由內(nèi)層電子躍遷到費(fèi)米能級(jí)消耗的能量為

6、結(jié)合能Eb，由費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入真空成為口由電子所需的能量為功函數(shù)①，剩余的能量成為口由電子的動(dòng)能Ekhv=Eb+Ek+①Eb=hv-EK-O儀器材料的功函數(shù)①是一個(gè)定值，約為4eV,入射X光子能量已知，這樣,如果測(cè)出電子的動(dòng)能Ek，便可得到固體樣品屯子的結(jié)合能。各種原子，分子的軌道電子結(jié)合能是一定的。因此，通過(guò)對(duì)樣品產(chǎn)生的光子能量的測(cè)定，就可以了解樣品屮元索的組成⑵。元素所處的化學(xué)環(huán)境不同，其結(jié)合能會(huì)有微小的差別，這種由化學(xué)環(huán)境不同引起的結(jié)合能的微小差別叫化學(xué)位移，由化學(xué)位移的大小可以確定元索所處的狀態(tài)。例如某元

7、素失去電子成為離子后，其結(jié)合能會(huì)增加，如果得到電了成為負(fù)離了，則結(jié)合能會(huì)降低。因此，利用化學(xué)位移值可以分析元素的化合價(jià)和存在形式。3XPS應(yīng)用基礎(chǔ)3.1元素定性各種原了相互組合形成化學(xué)鍵時(shí)，內(nèi)層軌道基本保留原了軌道的特征。因此可以利用XPS內(nèi)層光電子峰以及俄歇峰這兩者的峰位和強(qiáng)度，作為“指紋”，進(jìn)行元素定性鑒定。因此使用寬掃描全譜圖，可分析出周期表中除II和lie以外的所有元索。對(duì)于每一個(gè)元素都具有為數(shù)不多的特征峰（一般指強(qiáng)峰），峰之間的強(qiáng)度比例也有一定的規(guī)律，不同元索的特征峰之間很少有重疊現(xiàn)象。這些數(shù)據(jù)都己

8、經(jīng)整理成冊(cè)，可以方便地進(jìn)行查閱。因此根據(jù)譜圖就可以明確標(biāo)示樣品屮所存在的元索。此方法的特點(diǎn)是譜圖簡(jiǎn)單，“指紋”特性強(qiáng)，并且往往為原位非破壞性測(cè)試技術(shù)。i^o<—at*1?y.Jrs壬定2nx圖1部分元索的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合能表圖1列出了若干周期表中的一些元素的最強(qiáng)特征峰出現(xiàn)的位置。曲圖可見(jiàn),有的為單峰，有的為雙峰，但是不管如何各元素最強(qiáng)特征峰之間很少有重疊現(xiàn)象