电子能量损失谱课件

CO分分子子的的拉拉伸伸振振动动产产生生的的振振动动偶偶极极子子垂垂直直于于表表面面，这这个个偶偶极极子子在在晶晶体体表表面面产产生生了了一一个个镜镜向向偶偶极极子子，当当入入射射电电子子接接近近表表面面时时所所看看到到的的是是振振动动偶偶极极子子的的总总强强度度2p。若若激激发发出出CO平平行行于于表表面面的的振振动动，振振荡荡偶偶极极子子也也平平行行于于表表面面，产产生生的的镜镜像像偶偶极极矩矩与与它它的的方方向向相相反反，表表面面偶偶极极距距的的总总和和为为零零。入入射射电电子子只只与与吸吸附附分分子子的的振振荡荡偶偶极极矩矩的的垂垂直直分分量量起起作作用用产产生生散散射射 Ek=E0 Evib 1eV E0 10eV偶极子偶极子镜向偶极子镜向偶极子偶极子偶极子镜向偶极子镜向偶极子eeCO分子的拉伸振动产生的振动偶极子垂直于表面，这个偶极子在晶1桥式分子吸附桥式分子吸附立式分子吸附立式分子吸附对称桥式对称桥式原子吸附原子吸附顶式原子吸附顶式原子吸附非对称桥式非对称桥式原子吸附原子吸附桥式分子吸附立式分子吸附对称桥式顶式原子吸附非对称桥式2已已知知原原子子量量、结结合合能能、长长度度及及角角度度，通通过过入入射射电电子子与与吸吸附附原原子子偶偶极极矩矩中中垂垂直直于于表表面面的的振振荡荡的的相相互互作作用用进进行行计计算算，并并由由选选择定则得到上图右边的电子能量损失峰择定则得到上图右边的电子能量损失峰(a)由由单单个个原原子子作作垂垂直直于于表表面面振振动动的的低低频频峰峰；由由两两个个原原子子间间的的拉伸振动所产生的高频峰拉伸振动所产生的高频峰(b)低低频频峰峰由由整整个个分分子子对对衬衬底底作作振振动动产产生生；高高频频峰峰同同分分子子的的拉拉伸振动相对应伸振动相对应(c)只有从一种振动中得到的一个垂直振动分量只有从一种振动中得到的一个垂直振动分量(d)出现第二个垂直振动分量出现第二个垂直振动分量(e)一种损失峰一种损失峰已知原子量、结合能、长度及角度，通过入射电子与吸附原子偶极矩3 0.2在离弹性峰在离弹性峰56meV处由处由于激发声子而出现损失峰。于激发声子而出现损失峰。90和和125meV损失峰为氧的振动损失峰为氧的振动模。模。=0.6 时，声子激发消失，氧时，声子激发消失，氧的振动模移到的振动模移到94和和130meV 吸附模型吸附模型 0.2在离弹性峰56meV处由于激发声子而出现损失峰。42、实验装置、实验装置HREELS特点：特点：(1)初级电子能量很低。初级电子能量很低。310eV(2)所所损损失失的的能能量量很很小小(500meV)，谱谱线线半半宽宽度度约约10meV，要要求求能能量量分分析析器器的的分分辨辨能能力力10meV。目目前前最最好好的的分分辨辨能能力力3-8meV(3)电子能量损失谱对角度很灵敏。要求角分辨能力电子能量损失谱对角度很灵敏。要求角分辨能力1.5o 总总结结：要要求求仪仪器器有有一一个个能能量量低低、单单色色性性很很好好的的初初级级电电子子束束，并并有有一一个个能能量量分分辨辨能能力力，角角分分辨辨率率和和灵灵敏敏度度都都很很高高的的检检测测系系统统 2、实验装置HREELS特点：总结：要求仪器有一个能量低、单5电子能量损失谱课件63、应用应用 HREELS用来做包括氢在内的指纹鉴定及表面结构分析用来做包括氢在内的指纹鉴定及表面结构分析指指纹纹鉴鉴定定与与IR比比较较即即可可。特特别别适适合合作作气气体体在在表表面面的的吸吸附附（0.1%单单层层）和和吸吸附附层层在在化化学学反反应应过过程程中中所所产产生生的的中中间间物物的鉴定的鉴定(1)吸附吸附 3、应用 HREELS用来做包括氢在内的指纹鉴定及表面结构分7(2)分解反应分解反应 先做先做C2H2+O2得得C和和O的的谱谱线线为为550 cm-1和和630 cm-1已已知知2080 cm-1为为CO吸吸附在附在W(100)上的谱线上的谱线 结论：结论：CO在吸附初期在吸附初期0.7L已发生分解，因此只有已发生分解，因此只有C和和O峰峰(2)分解反应 先做C2H2+O2结论：CO在吸附初期0.8甲醇在甲醇在Ni表面分解后的三种中间产物表面分解后的三种中间产物 150K，看看到到归归于于OH、CH3和和CO谱线谱线180K OH谱谱线线消消失失，但但CH3和和CO仍仍存存在在。CO来来自自升升温温过过程程中中的的污污染染。而而不不是是甲甲醇醇分分解解产产生生。真真正正的的吸吸附附物物是是CH3O300K CH3O分分解解，出出现现O谱谱线线，CO不不会会是是在在300K分分解解。H由由于于偶偶极矩大小，看不到谱线。极矩大小，看不到谱线。甲醇在Ni表面分解后的三种中间产物 150K，看到归于OH、9呋喃在呋喃在Ru(001)单晶上的受热行为单晶上的受热行为250 K呋喃在Ru(001)单晶上的受热行为250 K10功函数变化（功函数变化（）测量）测量 意义意义研究反应物与固体表面的电子转移情况研究反应物与固体表面的电子转移情况电子是由谁提供的以及这种提供能力的强弱电子是由谁提供的以及这种提供能力的强弱功函数正是标志了这种电子传递能力的一个重要的物理量功函数正是标志了这种电子传递能力的一个重要的物理量1、什么是功函数、什么是功函数电子在固体中的分布服从电子在固体中的分布服从Fermi-Dirac光量子统计光量子统计达到热平衡时，电子处在能量为达到热平衡时，电子处在能量为E的状态的几率是的状态的几率是f(E)=1/exp(E-EF)/kT)+1费米能量或化学势，体积不变的条件下，系统增加一费米能量或化学势，体积不变的条件下，系统增加一个电子所需要的自由能个电子所需要的自由能当当T 0时在时在E=EF能级，能级，f(EF)=1/2功函数变化（）测量 意义1、什么是功函数f(E)=1/11在费米能级在费米能级EF，被电子充填的几率和不充填的几率是相同的，被电子充填的几率和不充填的几率是相同的，也就是说也就是说Fermi能级就是电子填充一半时的能级能级就是电子填充一半时的能级真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用真空能级与费米能级之差即为功函数真空能级与费米能级之差即为功函数 EFEv 在费米能级EF，被电子充填的几率和不充填的几率是相同的，也就12吸附引起功函数变化吸附引起功函数变化 功函数随覆盖度功函数随覆盖度变化符合变化符合Helmholfz方程：方程：4Ns 吸附过程中吸附质与表面间电子转移方向吸附过程中吸附质与表面间电子转移方向 吸附物种与表面所成键的偶极矩（吸附物种与表面所成键的偶极矩（）吸附质在表面的粘附系数（吸附质在表面的粘附系数（s）eAgWF e+AgWF 2、从功函数能得到什么信息、从功函数能得到什么信息吸附引起功函数变化 功函数随覆盖度变化符合Helmholf13测量原理测量原理 UR为为负负值值，样样品品相相对对于于阴阴极极为为负负。S与与C间间存存在在一一减减速速场场（又又称称阻阻挡挡势势），使使电电子子不不能能达达到到样样品品，因因而而二二极极管管的的电电流流为零。只有当为零。只有当UR变化到变化到 eURsc 则则样样品品上上可可收收集集到到阴阴极极热热电电子子发发射射的的电电流流，因因而而得得到到二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线。吸吸附附时时，拐拐点点位位置置由由（sc）/e移移到到（s sc）/e即即拐拐点点移移动动的的电电位位变变化化相相应应于于样样品品的的功功函数变化函数变化 3、如何测量功函数、如何测量功函数测量原理 UR为负值，样品相对于阴极为负。S与C间存在一减速14拐拐点点不不易易测测定定，采采用用电电势势调调制制技技术术，在在直直流流电电压压上上加加一一小小交交流流电电压压 U，采采用用锁锁相相放放大大器器可可将将频频率率W和和2W传传导导测测出出，从从 而而 获获 得得 I（UR）和和I”(UR)随随UR变化曲线变化曲线 拐点不易测定，采用电势调制技术，在直流电压上加一小交流电压15程序升温热脱附（程序升温热脱附（TPD）和程序升温反应谱（）和程序升温反应谱（TPRS）反应速率反应速率 脱附速率脱附速率 N单位面积上吸附的分子数单位面积上吸附的分子数I质谱信号质谱信号 一定，改变样品升温速率，作一定，改变样品升温速率，作lnI对对1/TP图，从斜率可以得图，从斜率可以得Ed k程序升温热脱附（TPD）和程序升温反应谱（TPRS）反应速16氧在电解银上的两种吸附态的氧在电解银上的两种吸附态的Ed值值 方法方法覆盖度覆盖度分子态分子态（为（为O2吸附）吸附）Ed/kJmol-1原子态原子态（O，吸附），吸附）Ed/kJmol-1LnI1/Tp0.01592134温度质谱信号Tp氧在电解银上的两种吸附态的Ed值 方法覆盖度分子态原子态Ln17TPRS A(g)AaB(g)BaAa+Ba C+DAa+Ba Ca+DaCa C(g)Da D(g)能得到能得到TPD所能得到的全部动力学参数（所能得到的全部动力学参数（n、Ed、v）获得表面反应机理的信息：获得表面反应机理的信息：表面反应过程中的哪一步是控速步骤表面反应过程中的哪一步是控速步骤 控速步骤中活性中间体的组成控速步骤中活性中间体的组成 可能的反应机理可能的反应机理如果所得产物的如果所得产物的Tp、Ed都相同，表明表面反应是控速步骤；都相同，表明表面反应是控速步骤；如如果果产产物物的的Tp、Ed和和纯纯物物质质（C、D）的的Tp、Ed相相同同，说说明明控控速步骤是产物的脱附速步骤是产物的脱附TPRS A(g)Aa 能得到TPD所能得到的全部动18电子能量损失谱课件19