氮 xps能谱表

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催化剂表征-x射线光电子能谱(XPS)

3 D 1/2
主量子数角量子数内量子数
所以原子核外的电子可以表示为：
n=1
2
3
对应的电子层 K
L
M
l=0 0 1 0 1 2
对应的电子亚层 s
sp s p d
核外电子表示法：
j=1/2 1/2 1/2 3/2 1/2 1/2 3/2 3/2 5/2 1s1/2 2s1/2 2p1/2 2p3/2 3s1/2 3p1/2 3p3/23d3/2 3d5/2
波长色散型X射线荧光光谱仪
X射线荧光光谱仪
德国布鲁克公司 SRS-3400 X-射线荧光光谱仪
X射线荧光定性分析
莫塞莱定律
λ = K ( Z - S ) -2
式中, Z为元素的原子序数, K和S均为常数. 因此主要知道X射线荧光的波长, 就可以求得Z, 从而确定被测元素的种类. 实际测试中, 可根据分析仪晶的晶面距和实测的2θ角, 根据布拉格公式计算出X射线荧光的波长λ, 便可查出对应的元素.
1
定性分析的一般步骤
1. 先将X光管靶材元素的特征谱线标出。如用特定的过滤片，则可除去X光管的靶线，以免待测试样中有与靶材相同的元素时无法确认。
2. 从强度最大的谱峰识别起，根据所用分光晶体，谱峰的2θ角和X射线特征谱线波长及对应之2θ角表，假设其为某条特征谱线。
3. 通过对该元素其它谱线是否存在来验证第二条假设是否正确。
☺ 为自旋量子数，表示电子绕其自身轴的旋转取向。用+1/2 和 -1/2 表示
4
自旋-轨道分裂
原子中既有轨道运动又有自旋运动，二者之间存在着相互作用。自旋-轨道偶合的结果使其能级发生分裂。对于l大于0 的内壳层来说，这种分裂可用内量子数j来表征：

X射线光电子能谱(XPS)谱图分析

一、X光电子能谱分析的基本原理X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。

该过程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er （1）其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。

其中Er很小，可以忽略。

对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。

各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。

因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。

元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。

例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。

因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。

二、电子能谱法的特点(1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。

(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。

它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。

而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。

(3)是一种无损分析。

(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2nm。

XPS电子能谱及分析

➢ 除在一般的分析中人们所经常使用的Al/Mg双阳极X射线源外，人们为某些特殊的研究目的，还经常选用一些其他阳极材料作为激发源。
➢ 半峰高宽是评定某种X射线单色性好坏的一个重要指标。
射线
Y
M
Zr
M
Na
K
Mg
K
Al
K
Si
K
Ti
K1
Cr
K1
Cu
K1
能量
132.3 151.4 1041.0 1253.6 1486.6 1739.4 4511 5415 8048
半峰高宽 (eV) 0.44 0.77 0.4 0.7 0.8 0.8 1.4 2.1 2.5
XPS background
尽管X射线可穿透样品很深，但只有样品近表面一薄层发射出的光电子可逃逸出来。电子的逃逸深度和非弹性散射自由程为同一数量级，范围从致密材料如金属的约1nm到许多有机材料如聚合物的5nm。因而这一技术对固体材料表面存在的元素极为灵敏。一般情况下，大致估计各种材料的采样深度为： • 对于金属样品为0.5 ～2 nm, • 对于无机化合物为1 ～3 nm, • 对于有机物则为3 ～10 nm。
b. 相同元素不同离子价态比例确定。 ❖ 化合态识别：由于元素所处的化学环境不同，它们的内层电子的轨道结合能
Mg/Al双阳极X射线源的特点：（1）能量范围适中（Mg：1253.7，Al：1486.7eV）
（2） X射线的能量范围窄（0.7和0.85 eV）能激发几乎除氢、氦以外所有的元素产生光电子；
（3）靶材稳定，容易保存以及具有较高的寿命
XPS background
X射线源
❖ 将X射线用石英晶体的(1010)面沿Bragg反射方向衍射后便可使X射线单色化。 X射线的单色性越高，谱仪的能量分辨率也越高。

xps能谱

X射线光电子谱仪
作为X射线光电子谱仪的激发源，希望其强度大、单色性好。同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单色性，且可提供10 eV~10 keV连续可调的偏振光。
在一般的X射线光电子谱仪中，没有X射线单色器，只是用一很薄(1~2m)的铝箔窗将样品和激发源分开，以防止X射线源中的散射电子进入样品室，同时可滤去相当部分的轫致辐射所形成的X射线本底。
2.0 3.6 5.3
0.3 0.4 0.3
XPS X射线光电子谱基本原理
绝热近似
不同方法求得的Ne1s和Ne2s轨道结合能对比
计算方法
Koopmans定理 SCF理论方法直接计算方法 SCF理论方法考虑相对论校正考虑相对论校正及相关作用校正实验测量值
EB(eV) 1s 2s
981.7 868.6 869.4 870.8 870.2 52.5 49.3 49.3 48.3 48.4
状态‛。
XPS X射线光电子谱基本原理
突然近似
按照这个假设前提，Koopmans认为轨道电子的结合能在数值上等于中性体系该轨道自洽单电子波函数的本征值的负值，即
E
KT B
( n, l , j ) E
SCF
(n, l , j )
其中：表示用自洽场方法求得的ESCF(n, l, j)轨道电子能量的本征值， n, l, j为轨道的三个量子数。表示EaSCF 用
绝热近似
实测的XPS谱是同电离体系的终态密切相关的，
Koopmans定理所假设的离子轨道冻结状态是
不存在的。绝热近似认为，电子从内壳层出射，结果使原来体系的平衡势场破坏，离子处于激发态。这时轨道电子结构将作出调整，电子轨道半径会

X射线能谱、X射线光电子能谱(XPS)

X射线能谱、X射线光电子能谱(XPS)在通常的光谱方法中，主要研究光和物质的相互作用后产生的光信息。

在电子能谱法中，却采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使其电子受到激发而发射出来，然后测量这些这些电子的能量关系及其强度的关系，从中获得有关信息。

根据激发能源的不同，可以得到不同的电子能谱法。

用X射线作为激发源的称X射线光电子能谱法（X-ray photoctron spectorscopy ,XPS）。

用紫外光作为激发源的称为紫外光电子能谱法(UV photoctron spectorscopy,UPS)。

若用电子束或X射线作为激发源测量样品激发后产生的俄歇电子，成为俄歇电子能谱法(anger electron spectroscopy,AES)。

近年来，X射线光电子能谱法在化学分析中得到了广泛的应用，因此它又称为化学分析用电子能谱法(electron spectroscopy for chemical analysis 简称为ESCA)。

目前，电子能谱法已在化学、物理、生物等各个领域中得到广泛应用，并逐渐显示出它在表面分析和结构鉴定中的巨大潜力。

基本原理：光电效应基本组成：真空室、X射线源、电子能量分析器辅助组成：离子枪主要功能：成分分析、化学态分析采谱方法：全谱、高分辨率谱分析方法：定性分析、定量分析表面组成：包括表面元素组成、化学价态及其在表层的分布等,后者涉及元素在表面的横向及纵向(深度)分布;表面结构包括表面原(分)子排列等;表面电子态包括表面能级性质、表面态密度分布、表面电荷密度分布及能量分布等;表面形貌指“宏观”外形,当分析的分辨率达到原子级时,可观察到原子排列,这时表面形貌分析和表面结构分析之间就没有明确的分界。

表面分析技术的特点：是用一个探束(电子、离子、光子或原子等)入射到样品表面,在两者相互作用时,从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等。

第四章 XPS光电子能谱

X射线光电子能谱分析
电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析技术。其基本原理是利用单色射线照射样品，使样品中原子或者分子的电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较，就可以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。
电子 X射线
dI = I 0 dt / ( EK )
I (t ) =I 0 exp[ t / ( E )]
从左式中知道，当厚度t达到（EK）的4倍时，强度衰减到原来的2％以下；当t为（EK）的3 倍时，衰减到原来的5％不到。 k般定义3 （EK）为XPS的信息深度。
这说明，能够逃离固体表面的光电子来源于表层有限厚度范围之内。实际上，（EK）非常小。对于金属材料，约为0.5~3 nm左右；无机材料为2~4 nm左右；有机高聚物为4~10 nm左右。所以，XPS是一种分析深度很浅的表面分析技术。
X射线光电子能谱仪
XPS图谱
右图所示的是XPS 全谱。它给出的各个元素的各个轨道的结合能是进行定性分析的依据。谱图的横坐标是电子的结合能（eV），纵坐标是光电子线的相对强度（cps）。另外，在图谱中还有一些俄歇线。
X射线光电子能谱分析的基本原理
5、XPS信息深度：在XPS分析中，一般用能量较低的软X射线激发光电子（如：Al和Mg的线）。虽然软X射线的能量不高，但是仍然可以穿透10nm厚的固体表层，并引起那里的原子轨道上的电子光电离。
dI = I 0 dt / ( EK )
（EK）是一个常数，与电子的动能有关，称为光电子非弹性散射自由程或者电子逸出深度。有时也被称为非弹性散射“平均自由程”。如果t代表垂直固体表面并指向固体外部的方向，则（EK）就是“平均逸出深度”。这样，光电子垂直于固体表面发射，并经历距离t后的强度为：

材料科学XPS 、AES、UPS、EDS 四大能谱分析介绍

材料科学XPS 、AES、UPS、EDS四大能谱分析介绍能谱分析能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来（这些自由电子带有样品表面信息），然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法，广泛应用于材料表面分析技术。

主要有：俄歇电子能谱分析（AES）、X射线光电子能谱分析(XPS) 、紫外光电子能谱（UPS），能谱仪-电镜联用等方法。

仪器厂家1俄歇电子能谱法（AES）俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。

利用受激原子俄歇跃迁退激过程发射的俄歇电子对试样微区的表面成分进行的定性定量分析。

AES可以用于研究固体表面的能带结构、表面物理化学性质的变化（如表面吸附、脱附以及表面化学反应）；用于材料组分的确定、纯度的检测、材料尤其是薄膜材料的生长等。

原理：俄歇电子的产生和俄歇电子跃迁过程：一定能量的电子束轰击固体样品表面，将样品内原子的内层电子击出，使原子处于高能的激发态。

外层电子跃迁到内层的电子空位，同时以两种方式释放能量：发射特征X射线；或引起另一外层电子电离，使其以特征能量射出固体样品表面，此即俄歇电子。

俄歇跃迁的方式不同，产生的俄歇电子能量不同。

上图所示俄歇跃迁所产生的俄歇电子可被标记为WXY跃迁。

如 KLL跃迁：K层电子被激发后，可产生KL1L1，KL1L2，KL2L3…等K系俄歇电子。

应用方向：1、通过俄歇电子谱研究化学组态：原子“化学环境”指原子的价态或在形成化合物时，与该(元素)原子相结合的其它(元素)原子的电负性等情况。

2、定性分析：对于特定的元素及特定的俄歇跃迁过程，其俄歇电子的能量是特征的。

由此，可根据俄歇电子的动能来定性分析样品表面物质的元素种类。

3、定量分析或半定量分析：俄歇电子强度与样品中对应原子的浓度有线性关系，据此可以进行元素的半定量分析。

(完整版)X射线光电子能谱分析(XPS)

第18章X射线光电子能谱分析18.1 引言固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。

目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。

AES 分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。

SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。

但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。

本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。

X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。

该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。

由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。

三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。

XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。

XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。

目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。

在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。

在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6μm大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。

图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。

在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。

氮化钴的xps峰

X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS），也称为电子能谱学，是一种表面分析技术，用于研究物质的表面成分、化学状态和电子结构。

对于氮化钴（Cobalt Nitride，CoN）的XPS分析，我们主要关注氮（N）和钴（Co）元素的XPS峰。

钴（Co）的XPS峰：1.Co 2p3/2 和 Co 2p1/2 峰：钴的XPS峰通常出现在能谱的高能区，表现为Co 2p3/2 和 Co 2p1/2 峰。

这些峰提供了关于钴元素的信息，包括其氧化态和电子结构。

氮（N）的XPS峰：1.N 1s 峰：氮的XPS峰通常出现在能谱的低能区，表现为N 1s 峰。

这个峰提供了关于氮元素的信息，包括其化学环境和氮化物的形态。

其他可能的峰：1.氧（O）的XPS峰：如果样品中存在氧化钴（Cobalt Oxide）或与氧有关的官能团，那么还可能观察到氧的XPS峰。

解释XPS峰：▪能级位置： XPS峰的位置（峰的能级位置）可以提供关于元素化学状态和氧化态的信息。

▪峰形状：峰的形状通常与元素的化学环境有关，例如，化学键的类型和键的强度。

▪峰强度：峰的强度可以用于估计元素的相对丰度。

样品制备和实验注意事项：1.样品制备：氮化钴的XPS分析需要使用干净、光滑的样品表面，避免表面污染和氧化。

2.充分真空： XPS实验通常在超高真空条件下进行，以避免气体分子对实验的干扰。

3.光照时间：对于灵敏样品，光照时间需要控制，以避免XPS分析中的样品损伤。

通过对氮化钴的XPS峰进行详细分析，可以获得关于其表面组成和电子结构的重要信息，这对于理解材料性质和在各种应用中的潜在用途非常重要。

XPS等各种能谱的原理解释

光电子谱图
O 1s O KLL Auger Cu 2p C 1s
Cu LMM Auger
N 1s
Cl 2p
Cu 3s Cu 3p
2、高分辨谱(Narrow scan or Detail scan)
l
对感兴趣的几个元素的峰，可进行窄区域高分辨细扫描。目的是为了获取更加精确的信息，如结合能的准确位置，鉴定元素的化学状态，或为了获取精确的线形，或者为了定量分析获得更为精确的计数，或为了扣除本底或峰的分解或退卷积等数学处理。
Binding Energy (eV)
l
Peak Table
Centre BE 1084.00 974.00 828.00 666.00 531.00 445.00 284.00 242.00 188.00 152.00 100.00
三、化学态分析方法
l
l
• •
化合态的分析是XPS的最主要的应用之一。识别化合态的主要方法就是测量X射线光电子谱的峰位的化学位移。依据：化学位移和各种终态效应以及价电子能带结构等。化学位移的信息是元素状态分析与相关的结构分析的主要依据。元素化学状态的变化有时还将引起谱峰半峰高宽的变化。化学态的分析主要依赖谱线能量的精确测定。对绝缘样品应进行精确的静电荷电校正。
非弹性本底
l
XPS谱显示出一特征的阶梯状本底，光电发射峰的高结合能端本底总是比低结合能端的高。这是由于体相深处发生的非弹性散射过程（外禀损失）造成的。
平均来说，只有靠近表面的电子才能无能量损失地逸出，分布在表面中较深处的电子将损失能量并以减小的动能或增大的结合能的面貌出现，在表面下非常深的电子将损失所有能量而不能逸出。

X射线光电子能谱(XPS)

X射线光电子能谱（XPS）X射线光电子能谱是利用波长在X射线范围的高能光子照射被测样品，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。

样品在X射线作用下，各种轨道电子都有可能从原子中激发成为光电子，由于各种原子、分子的轨道电子的结合能是一定的，因此可用来测定固体表面的电子结构和表面组分的化学成分。

在后一种用途时，一般又称为化学分析光电子能谱法（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称）。

与紫外光源相比，X射线的线宽在以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。

此外，在实验时样品表面受辐照损伤小，能检测周期表中除和以外所有的元素，并具有很高的绝对灵敏度。

因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。

7.3.1 谱图特征图7.3.1为表面被氧化且有部分碳污染的金属铝的典型的图谱。

其中图（a）是宽能量范围扫描的全谱，主要由一系列尖锐的谱线组成；图（b）则是图（a）低结合能端的放大谱，显示了谱线的精细结构。

从图我们可得到如下信息：1．图中除了和谱线外，和两条谱线的存在表明金属铝的表面已被部分氧化并受有机物的污染。

谱图的横坐标是轨道电子结合能。

由于X射线能量大，而价带电子对X射线的光电效应截面远小于内层电子，所以主要研究原子的内层电子结合能。

由于内层电子不参与化学反应，保留了原子轨道特征，因此其电子结合能具有特定值。

如图所示，每条谱线的位置和相应元素原子内层电子的结合能有一一对应关系，不同元素原子产生了彼此完全分离的电子谱线，所以相邻元素的识别不会发生混淆。

这样对样品进行一次宽能量范围的扫描，就可确定样品表面的元素组成。

2．从图7.3.1（b）可见，在和谱线高结合能一侧都有一个肩峰。

如图所标示，主峰分别对应纯金属铝的和轨道电子，相邻的肩峰则分别对应于中铝的和轨道电子。

这是由于纯铝和中的铝所处的化学环境不同引起内层轨道电子结合能向高能方向偏移造成的。

这种由于化学环境不同而引起内壳层电子结合能位移的现象叫化学位移。

如何利用X 射线光电子能谱(XPS)表征材料表面信息

干货丨如何利用X 射线光电子能谱（XPS）表征材料表面信息X射线光电子能谱技术能满足苛刻的表面分析要求，检测信号绝大部分来自材料表面1～10 个原子层深度范围内，对材料的损伤微小，能较好地保存表面的化学结构信息。

同时具备极高的检测灵敏度和分辨率，可以在纳米尺度的范围内对化学状态进行精确表征。

XPS 不仅能够给出材料表面的化学组成及含量，而且可以分析出化学价态、化学键等信息。

角分辨XPS可以在极薄的表层内对化学信息进行表征，利用成像XPS技术，可以提供分析区域内的元素及其化学状态分布的信息图像，并可由图得谱。

此外，配合氩离子刻蚀技术，可以对材料内部进行深度剖析，进一步扩大其检测范围。

工作原理及特点XPS技术的理论基础源于德国物理学家赫兹于1887年发现的光电效应，其结构如下图所示。

XPS结构示意图使用具有特征波长的软X射线(常用射线源Mg Kα-1253.6 eV 或Al Kα-1486.6 eV) 照射样品表面，和表层原子发生作用，当光子能量大于核外电子的结合能时，可将其中内层电子激发出来，这种电子就叫做光电子。

这些光电子的能量具有高度特征性，通过检测器检测光电子的动能和光电子的数量，就可以得出样品表面元素的化学状态及含量。

此过程可以用如下方程表示:E K= hv－E B－φ式中: E K为光电子的动能; hv 为入射光子的能量; E B为样品中电子的结合能; φ为逸出功。

当原子周围的化学环境发生变化时，内层电子的结合能也跟着发生变化，这种内层电子结合能随化学环境变化的现象叫做化学位移。

X射线光电子能谱能测试化学位移，因此也就可以得出表面元素所处的化学状态。

化学位移在谱图上表现为谱峰位置的变化，以谱峰的强度为基础，可以把谱峰面积通过灵敏度因子法与元素含量联系起来，从而对样品做出定量分析。

此外，在光电离过程中，除了发射光电子以外，同时还通过弛豫(去激发)过程，发射俄歇(Auger)电子。

这两类电子的区别在于光电子动能与入射光子的能量有关系，俄歇电子动能与激发光子的能量无关，其值等于初始离子与带双电荷的终态离子之间的能量差值。

X射线光电子能谱(XPS)

化学位移
Inst. Of Photoelectronics
➢ 谱峰的物理位移和化学位移
物理位移：固体的热效应与表面荷电的作用引起的谱峰位移
化学位移：原子所处化学环境的变化引起的谱峰位移
产生原因：
(1)价态改变：内层电子受核电荷的库仑力和荷外其他电子
的屏蔽作用；电子结合能位移Eb；
• 氧化作用使内层电子结合能上升，氧化
(2)筒镜式电子能量分析器
（CMA)
同轴圆筒，外筒接负压、内
筒接地，两筒之间形成静电
场；
灵敏度高、分辨率低；二级
串联；
X射线光电子能谱仪
Inst. Of Photoelectronics
➢ 检测器
• 产生的光电流：10-3～10-9mA；
• 电子倍增器作为检测器；
• 单通道电子倍增器；多通道电子倍增器；
给出表面的化学组成，原子排列，电子状态等信息。
• 对于XPS和AES还可以对表面元素做出一次全部定性和定量
分析，还可以利用其化学位移效应进行元素价态分析；利
用离子束的溅射效应可以获得元素沿深度的化学成份分布
信息。
• 此外，利用其高空间分别率，还可以进行微区选点分析，
线分布扫描分析以及元素的面分布分析。
电子的能量是特征的。
• 因此，我们可以根据光电子的结合能定性分析物质的元
素种类。
X射线光电子能谱仪
Inst. Of Photoelectronics
样品
光电子
能量分析器
探测器
X射线源
AlK或MgK
超高真空系统
优于10-9mbar
数据处理系统
Inst. Of Photoelectronics

催化剂表征—电子能谱XPS分析

第七讲电子能谱学
X射线光电子能谱
固体表面物理化学国家重点实验室（厦门大学）
Gerhard Ertl获2007年诺贝尔化学奖
• 2007年诺贝尔化学奖表彰的是表面化学的突破性研究。这个领域对化工产业影响巨大，物质接触表面发生的化学反应对工业生产运作至关重要。同时，表面化学研究有助于我们理解各种不同的过程，比如为何铁会生锈，燃料电池如何发挥作用以及我们汽车中加入的催化剂如何工作。表面化学研究甚至可以解释臭氧层的破坏。此外，半导体产业的发展与表面化学研究也是息息相关。
2. XPS方法原理与仪器装置
固体表面物理化学国家重点实验室（厦门大学）
X-射线光电子能谱（XPS）
• 方法原理：具有足够能量的X射线与样品相互作用， X光子把全部能量转移给原子或分子中的束缚电子，使不同能级的电子以特定几率电离。检测不同能量的光电离电子的强度分布称为X-射线光电子能谱（XPS）
• 利用震激峰可以研究分子的结构。
固体表面物理化学国家重点实验室（厦门大学）
21
震激峰（shake-up)
固体表面物理化学国家重点实验室（厦门大学）
22
等离子体激元损失峰（plasmon）
• 任何具有足够能量的电子通过固体时，均可以引起导带“电子气”的集体振荡。
• 这种集体振荡的特征频率与材料的特性有关。 • 体相等离子体激元振荡的能量是量子化的，在谱图上会出现
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n-o键的xps光谱

n-o键的xps光谱
对于N-O键的XPS光谱，我们需要从几个方面来进行讨论。

首先，N-O键通常指的是氮和氧之间的化学键，XPS（X射线光电子能谱）是一种表征材料表面化学成分和化学状态的分析技术。

因此，N-O键的XPS光谱可以用来研究含有氮氧化合物的材料的化学状态和表面成分。

在XPS光谱中，N-O键的化学状态可以通过氮和氧的XPS峰的位置和形状来确定。

氮和氧的XPS峰的位置可以提供有关元素化学状态的信息，而峰的形状可以提供有关化学键的信息。

通过分析这些信息，可以确定N-O键的存在形式，比如是N=O还是N-OH等。

另外，N-O键的XPS光谱也可以用来研究材料的表面成分。

通过分析XPS光谱中氮和氧的峰的强度和比例，可以得到材料表面的化学组成信息，比如含氮化合物和氧化合物的相对丰度。

此外，N-O键的XPS光谱还可以通过对比不同实验条件下的光谱数据来研究N-O键的化学性质和稳定性。

比如，在不同温度、压力或反应条件下获取的XPS光谱数据可以揭示N-O键在不同环境下的化学行为。

总的来说，N-O键的XPS光谱可以提供关于含氮氧化合物材料化学状态、表面成分和化学性质的重要信息，对于材料科学和表面化学研究具有重要意义。

催化剂表征-x射线光电子能谱(XPS)

4. 如果第二条假设的某元素成立，则将该元素的所有其它谱线均标出来。
5. 继续按第二条寻找下一个强度最大的谱峰并用同法予以识别。
定量分析
当用X射线做激发源照射试样，使试样中元素产生荧光x射线时，若元素和实验条件一样，荧光x射线的强度Ii与分析元素的质量百分浓度Ci的关系可以用下式表示：
式中μm是样品对一次x射线和荧光射线的总质量吸收系数，K 为常数，与入射线强度I和分析元素对入射线的质量吸收系数有关。在一定条件下（样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相互激发），荧光x射线强度与分析元素含量之间存在线性关
定度，以确定所制定分析方法的适用范围。
X射线光电子能谱 (XPS)
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什么是电子能谱?
电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。能谱方法主要有:
｝ X射线光电子能谱法(XPS) 光电子能谱法
紫外光电子能谱法(UPS) 俄歇电子能谱法(AES) 激发源为电子束
光电子能谱
Ｘ射线光电子能谱：采用Ｘ射线激发样品，用于测量内壳层电子结合能．紫外光电子能谱：用真空紫外线激发样品，用于研究价电子的电离电能．由于紫外线的能量比较低，因此它只能研究原子和分子的价电子及固体的价带，不能深入原子的内层区域．但是紫外线的单色性比Ｘ射线好，因此紫外光电子能谱的分辨率比Ｘ射线光电子能谱高．两种技术是互相补充的．
定量分析的基本步骤
1. 根据样品和标样的物理形态和对分析精确与准确度的要求，决定采用何种制样方法。制样方法一经确认，应了解制样方法的制样误差，制样误差应小于分析方法对精度的要求。

XPS能谱处理数据的方法(中国科学院)

XPS 能谱数据处理能谱数据转化成ASC 码文件后可以用EXCEL 、ORIGIN 等软件进行处理。

这篇文章的目的是向大家介绍用ORIGIN 软件如何处理能谱数据，以及它的优势所在。

下面将分三部分介绍如何用ORIGIN 软件处理能谱数据：1、多元素谱图数据处理 2、剖面分析数据处理 3、复杂谱图的解叠一、多元素谱图的处理：1、将ASC 码文件用NOTEPAD 打开：2、复制Y 轴数值。

打开ORIGIN ，将Y 轴数据粘贴到B 〔Y 〕：Y 轴数值X 轴起始点 X 轴步长采集的数据点总数元素名称3、如图：点击工具栏plot，选择line4、出现下列图：点击B〔Y〕，再点击<->Y，使B〔Y〕成为Y轴数据。

然后在“set X values”中输入起始值和步长。

5、点击OK，得到下列图：6、利用ORIGIN提供的工具可以方便的进行平滑、位移。

A.位移：1〕如图：选择analysis→translate→vertical或horizontal可以进行水平或垂直方向的位移。

我们以水平位移为例进行讲解。

2〕在图中双击峰顶，如图示〔小窗口给出的是此点的X，Y值〕3〕然后在图中单击其他位置找到合适的X值〔小窗口给出的是红十字的X，Y值〕4〕双击红十字的位置，峰顶就会位移到此处：位移可以反复多次的进行，垂直方向的位移和水平方向的一样。

B、平滑1〕如图选择：2〕出现下面的小窗口3〕点击settings出现下面的界面〔如果想用平滑后的代替原始的，选择”replace original”,如果想重新做图选”add to worksheet”，下面的数值不用改变〕4〕点击operation,选择savizky-golay进行平滑。

得到下列图：二、剖面分析数据处理：1、用写字板打开ASC码文件，选取所需要的元素元素名称剖面分析中的CYCLE 数起始值及步长Y轴数据2、打开ORIGIN软件，如图示：选择column add new columns如果你的数据有九个cycle那么你要在下面的窗口选择8。