《電子能量損失譜》PPT課件.ppt

電子能量損失譜,1、原理 低能電子束接近表面時會與晶體表面振動模發(fā)生相互作用，被反射回來的電子得到固體表面結構的信息,IR和HREELS都是通過觀察吸附原子和分子的振動頻率來研究吸附，但HREELS能觀察到更低的振動頻率，有更寬的譜線范圍（100 meV或1000 cm-1波數(shù)）,CO分子的拉伸振動產生的振動偶極子垂直于表面，這個偶極子在晶體表面產生了一個鏡向偶極子，當入射電子接近表面時所看到的是振動偶極子的總強度2p。若激發(fā)出CO平行于表面的振動，振蕩偶極子也平行于表面，產生的鏡像偶極矩與它的方向相反，表面偶極距的總和為零。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生散射,Ek = E0 Evib 1eV E0 10eV,橋式分子吸附,立式分子吸附,對稱橋式 原子吸附,頂式原子吸附,非對稱橋式 原子吸附,已知原子量、結合能、長度及角度，通過入射電子與吸附原子偶極矩中垂直于表面的振蕩的相互作用進行計算，并由選擇定則得到上圖右邊的電子能量損失峰 (a) 由單個原子作垂直于表面振動的低頻峰；由兩個原子間的拉伸振動所產生的高頻峰 (b) 低頻峰由整個分子對襯底作振動產生；高頻峰同分子的拉伸振動相對應 (c) 只有從一種振動中得到的一個垂直振動分量 (d) 出現(xiàn)第二個垂直振動分量 (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損失峰為氧的振動模。 = 0.6 時，聲子激發(fā)消失，氧的振動模移到94和130meV,吸附模型,2、實驗裝置,HREELS特點： (1) 初級電子能量很低。310eV (2) 所損失的能量很小(500meV)，譜線半寬度約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) 電子能量損失譜對角度很靈敏。要求角分辨能力1.5o,總結：要求儀器有一個能量低、單色性很好的初級電子束，并有一個能量分辨能力，角分辨率和靈敏度都很高的檢測系統(tǒng),3、應用,HREELS用來做包括氫在內的指紋鑒定及表面結構分析 指紋鑒定與IR比較即可。特別適合作氣體在表面的吸附（0.1%單層）和吸附層在化學反應過程中所產生的中間物的鑒定,(1) 吸附,(2) 分解反應,先做C2H2+O2 得C和O的譜線為550 cm-1和630 cm-1 已知2080 cm-1為CO吸附在W(100)上的譜線,結論：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表面分解后的三種中間產物,150K，看到歸于OH、CH3和CO譜線 180K OH譜線消失，但CH3和CO仍存在。CO來自升溫過程中的污染。而不是甲醇分解產生。真正的吸附物是CH3O 300K CH3O分解，出現(xiàn)O譜線，CO不會是在300K分解。H由于偶極矩大小，看不到譜線。,呋喃在Ru(001)單晶上的受熱行為,250 K,功函數(shù)變化（ ）測量,意義 研究反應物與固體表面的電子轉移情況 電子是由誰提供的以及這種提供能力的強弱 功函數(shù)正是標志了這種電子傳遞能力的一個重要的物理量,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 達到熱平衡時，電子處在能量為E的狀態(tài)的幾率是,f(E)=1/exp(E-EF)/kT) + 1,費米能量或化學勢，體積不變的條件下，系統(tǒng)增加一個電子所需要的自由能,當T 0時在E = EF能級，f(EF) = 1/2,在費米能級EF，被電子充填的幾率和不充填的幾率是相同的，也就是說Fermi能級就是電子填充一半時的能級,真空能級：電子達到該能級時完全自由而不受核的作用,真空能級與費米能級之差即為功函數(shù),吸附引起功函數(shù)變化,功函數(shù)隨覆蓋度變化符合Helmholfz方程：,4Ns, 吸附過程中吸附質與表面間電子轉移方向, 吸附物種與表面所成鍵的偶極矩（）, 吸附質在表面的粘附系數(shù)（s）,2、從功函數(shù)能得到什么信息,測量原理,UR為負值，樣品相對于陰極為負。S與C間存在一減速場（又稱阻擋勢），使電子不能達到樣品，因而二極管的電流為零。只有當UR變化到,eURsc,則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。吸附時，拐點位置由（sc）/e移到（s sc）/e即拐點移動的電位變化相應于樣品的功函數(shù)變化,3、如何測量功函數(shù),拐點不易測定，采用電勢調制技術，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傳導測出，從而獲得I（UR）和I”(UR)隨UR變化曲線,程序升溫熱脫附（TPD）和程序升溫反應譜（TPRS）,反應速率,脫附速率,N單位面積上吸附的分子數(shù) I質譜信號,一定，改變樣品升溫速率，作lnI對1/TP圖，從斜率可以得Ed,氧在電解銀上的兩種吸附態(tài)的Ed值,TPRS,A(g) Aa B(g) Ba Aa + Ba C + D Aa + Ba Ca + Da Ca C(g) Da D(g), 能得到TPD所能得到的全部動力學參數(shù)（n、Ed、v） 獲得表面反應機理的信息：