電子能量損失譜

電子能量損失譜

1、原理低能電子束接近外表時(shí)會與晶體外表振動模發(fā)生相互作用，被反射回來的電子得到固體外表結(jié)構(gòu)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〔<100meV或1000cm-1波數(shù)〕CO分子的拉伸振動產(chǎn)生的振動偶極子垂直于外表，這個偶極子在晶體外表產(chǎn)生了一個鏡向偶極子，當(dāng)入射電子接近外表時(shí)所看到的是振動偶極子的總強(qiáng)度2p。假設(shè)激發(fā)出CO平行于外表的振動，振蕩偶極子也平行于外表，產(chǎn)生的鏡像偶極矩與它的方向相反，外表偶極距的總和為零。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(chǎn)生散射Ek=E0–Evib1eV<E0<10eV偶極子＋－＋－鏡向偶極子偶極子＋－＋－鏡向偶極子ee’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原子量、結(jié)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外表的振蕩的相互作用進(jìn)行計(jì)算，并由選擇定那么得到上圖右邊的電子能量損失峰(a)由單個原子作垂直于外表振動的低頻峰；由兩個原子間的拉伸振動所產(chǎn)生的高頻峰(b)低頻峰由整個分子對襯底作振動產(chǎn)生；高頻峰同分子的拉伸振動相對應(yīng)(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(shí)，聲子激發(fā)消失，氧的振動模移到94和130meV

吸附模型2、實(shí)驗(yàn)裝置HREELS特點(diǎn)：(1)初級電子能量很低。3~10eV(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(jié)：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(yīng)用

HREELS用來做包括氫在內(nèi)的指紋鑒定及外表結(jié)構(gòu)分析指紋鑒定與IR比較即可。特別適合作氣體在外表的吸附〔<0.1%單層〕和吸附層在化學(xué)反響過程中所產(chǎn)生的中間物的鑒定(1)吸附

(2)分解反響先做C2H2+O2得C和O的譜線為550cm-1和630cm-12080cm-1為CO吸附在W(100)上的譜線結(jié)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外表分解后的三種中間產(chǎn)物150K，看到歸于OH、CH3和CO譜線180KOH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(chǎn)生。真正的吸附物是CH3O300KCH3O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250K＋功函數(shù)變化〔Φ〕測量意義研究反響物與固體外表的電子轉(zhuǎn)移情況電子是由誰提供的以及這種提供能力的強(qiáng)弱功函數(shù)正是標(biāo)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(jì)到達(dá)熱平衡時(shí)，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(fèi)米能量或化學(xué)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(dāng)T0時(shí)在E=EF能級，f(EF)=1/2在費(fèi)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(shí)的能級真空能級：電子到達(dá)該能級時(shí)完全自由而不受核的作用真空能級與費(fèi)米能級之差即為功函數(shù)

EFEv

吸附引起功函數(shù)變化

功函數(shù)隨覆蓋度θ變化符合Helmholfz方程：

Φ＝4πθμN(yùn)s吸附過程中吸附質(zhì)與外表間電子轉(zhuǎn)移方向吸附物種與外表所成鍵的偶極矩〔μ〕吸附質(zhì)在外表的粘附系數(shù)〔s〕eAgWFe+++++++AgWF2、從功函數(shù)能得到什么信息測量原理

UR為負(fù)值，樣品相對于陰極為負(fù)。S與C間存在一減速場〔又稱阻擋勢〕，使電子不能到達(dá)樣品，因而二極管的電流為零。只有當(dāng)UR變化到eUR≧Φs－Φc

那么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(shí)，拐點(diǎn)位置由〔Φs－Φc〕/e移到〔Φs－Φs－Φc〕/e即拐點(diǎn)移動的電位變化相應(yīng)于樣品的功函數(shù)變化3、如何測量功函數(shù)拐點(diǎn)不易測定，采用電勢調(diào)制技術(shù)，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(dǎo)測出，從而獲得I’〔UR〕和I〞(UR)隨UR變化曲線程序升溫?zé)崦摳健睺PD〕和程序升溫反響譜〔TPRS〕反響速率脫附速率

N－單位面積上吸附的分子數(shù)I－質(zhì)譜信號

θ一定，改變樣品升溫速率，作lnI對1/TP圖，從斜率可以得Ed

k氧在電解銀上的兩種吸附態(tài)的Ed值

方法覆蓋度分子態(tài)（為O2吸附）Ed/kJ?mol-1原子態(tài)（O，吸附）Ed/kJ?mol-1LnI~1/Tp0.01592134溫度質(zhì)譜信號TpTPRS

A(g)→AaB(g)→BaAa+Ba→C+DAa+Ba→Ca+DaCa→C(g)Da

→D(g)能得到TPD所能得到的全部動力學(xué)參數(shù)〔n、Ed、v〕獲得外表反響機(jī)理的信息：