博士学位论文_13040

博士学位论文利用双光子光电子能谱和扫描隧道显微镜研究TiO2(110)表面醇类光化学反应作者姓名：马志博指导教师: 杨学明院士中国科学院大连化学物理研究所学位类别: 理学博士学科专业: 物理化学培养单位: 中国科学院大连化学物理研究所二0一二年十月Studies on alcohol/TiO2(110) system by two-photon photoemission spectroscopy and low-temperature scanningtunneling microscopeByZhibo MaA Dissertation Submitted toGraduate University of Chinese Academy of SciencesIn partial fulfillment of the requirementFor the degree ofDoctor of ScienceState Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of SciencesOctober, 2012书脊致谢博士的六年，是我人生中最重要的一段时光，是青春岁月里最无悔的片段。

在这六年里，我遇到了名师，结交了挚友，学习了知识，磨练了性格，相比当年那个初出校门的懵懂少年，回首这些年的收获，与身边的人对我的帮助是分不开的。

（签名位置）2012年10月摘要在表面科学中，常应用多种实验手段从不同角度对体系进行研究，其中光电子能谱和扫描隧道显微镜就是很重要的两种探测方式。

本文作者在博士研究期间搭建了一台时间分辨的飞秒双光子光电子能谱装置(Two-Photon Photoemission，2PPE)以及一套低温扫描隧道显微镜装置(Low-Temperature Scanning Tunneling Microscope )，主要研究开展在醇类、水等小分子在金红石型二氧化钛(110)面的光化学动力学方面。

xxxxxxxxxxxxxx。

关键词：xxx，xxx，xxx，xxx，xxxI利用双光子光电子能谱和扫描隧道显微镜研究TiO2(110)表面醇类光化学反应ABSTRACTPhotoemission spectroscopy (PES) and scanning tunneling microscope (STM) are two powerful techniques for researching reactions in surface science. In this thesis, We built a two-photon photoemission spectroscopy(2PPE) and a low-temperature scanning tunneling microscope(LT-STM) for researching alcohol and water on rutile TiO2(110).xxx...............Keywords: xxx，xxx，xxx，xxx，xxx目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.引言 (1)1.1表面化学和表面分析技术的发展 (1)1.2 TiO2表面光化学的研究背景 (1)2. 时间分辨双光子光电子能谱装置 (7)2.1 飞秒激光光源 (1)2.1.1 Ti:Sapphire飞秒激光振荡器............................... 错误！未定义书签。

2.1.2 倍频装置.............................................................. 错误！未定义书签。

2.1.3 Mach-Zehnder干涉仪.......................................... 错误！未定义书签。

2.1.4 色散补偿.............................................................. 错误！未定义书签。

2.1.5 飞秒激光器放大器系统...................................... 错误！未定义书签。

2.2 超高真空腔体................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.1 超高真空的获得.................................................. 错误！未定义书签。

2.2.2 真空腔体部件介绍.............................................. 错误！未定义书签。

2.3 电子能量分析装置........................................................ 错误！未定义书签。

2.3.1 角分辨双光子光电子能谱原理.......................... 错误！未定义书签。

2.3.2 半球能量分析器.................................................. 错误！未定义书签。

3. 金红石型二氧化钛................................................................. 错误！未定义书签。

3.1 金红石晶体的晶体结构................................................ 错误！未定义书签。

3.2 金红石晶体（110）晶面的电子谱能带结构.............. 错误！未定义书签。

3.3 金红石TiO2(110)表面的STM结构 ............................ 错误！未定义书签。

3.4 金红石TiO2(110)的制备和表征 .................................. 错误！未定义书签。

4. ROH/TiO2(110)体系的光催化解离研究................................ 错误！未定义书签。

4.1 体系研究背景................................................................ 错误！未定义书签。

4.2 实验方法介绍................................................................ 错误！未定义书签。

4.3 CH3OH/ TiO2(110)体系的双光子光电子能谱结果...... 错误！未定义书签。

4.3.1 CH3OH/ TiO2(110)体系光电子能谱随光照时间的变化错误！未定义书签。

4.3.2 CH3OH/TiO2(110)体系中的同位素效应............. 错误！未定义书签。

4.3.3 CH3OH/TiO2(110)体系中表面激发态的本质.. 错误！未定义书签。

4.3.4 CH3OH/TiO2(110)体系光解离效率与表面还原性的相关性错误！未利用双光子光电子能谱和扫描隧道显微镜研究TiO2(110)表面醇类光化学反应定义书签。

4.3.5 CH3OH/ TiO2(110)体系光解离效率与激发光波长的相关性错误！未定义书签。

4.4 不同激发光源下的光解离过程.................................... 错误！未定义书签。

4.4.1 飞秒激光放大器简介.......................................... 错误！未定义书签。

4.4.2 放大器400nm、266nm光源激发下的反应性 . 错误！未定义书签。

4.5 乙醇在TiO2(110)表面的光化学研究 .......................... 错误！未定义书签。

5. 扫描隧道显微学简介............................................................. 错误！未定义书签。

5.1扫描隧道显微镜............................................................. 错误！未定义书签。

5.1.1扫描隧道显微镜的发明、发展........................... 错误！未定义书签。

5.1.2 扫描隧道显微镜的工作原理和实验方法.......... 错误！未定义书签。

5.2扫描隧道显微学基本原理............................................. 错误！未定义书签。

5.2.1 电子隧穿与一维隧穿模型.................................. 错误！未定义书签。

5.2.2 Bardeen微扰理论 ................................................ 错误！未定义书签。

5.2.3 Tersoff-Hamann近似 ........................................... 错误！未定义书签。

6. 低温扫描隧道显微镜实验装置............................................. 错误！未定义书签。

6.1 实验装置介绍................................................................ 错误！未定义书签。

6.1.1 真空系统.............................................................. 错误！未定义书签。

6.1.2 扫描隧道显微镜腔体（LT腔体）.................... 错误！未定义书签。

6.1.3 表面制备腔体...................................................... 错误！未定义书签。

6.1.4 气体吸附装置...................................................... 错误！未定义书签。

6.2 实验装置配套基础建设................................................ 错误！未定义书签。