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X射線(xiàn)光電子能譜是什么？X射線(xiàn)光電子能譜有什么用途？

X射線(xiàn)光電子能譜（XPS，全稱(chēng)為X-ray Photoelectron Spectroscopy）是分析物質(zhì)表面化學(xué)性質(zhì)的一項(xiàng)技術(shù)，是一種基于光電效應(yīng)的電子能譜，它是利用X射線(xiàn)光子激發(fā)出物質(zhì)表面1－10nm范圍內(nèi)的原子的內(nèi)層電子，通過(guò)對(duì)這些電子進(jìn)行能量分析而獲得的一種能譜。X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）能夠?qū)Σ牧媳韺拥慕M織結(jié)構(gòu)提供有價(jià)值的信息，與其他的檢測(cè)手段相比，XPS更適用于涂層和鍍層的表征。因此XPS是研究材料表面組成和結(jié)構(gòu)的最常用的一種電子能譜，在許多研究領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

圖1、XPS和AES能級(jí)示意圖

原子或分子吸收X射線(xiàn)光子，電子被激發(fā)出來(lái)。光電子動(dòng)能依賴(lài)于光子能量(hν)和電子結(jié)合能（即電子離開(kāi)表面所需能量）。通過(guò)測(cè)量發(fā)射電子的動(dòng)能，計(jì)算電子結(jié)合能，確定材料的近表面處元素及其化學(xué)態(tài)。結(jié)合能與許多因素有關(guān)，包括：發(fā)射電子的元素，發(fā)射電子的軌道，發(fā)射電子原子的化學(xué)環(huán)境。因此，XPS可以根據(jù)能譜圖中出現(xiàn)的特征譜線(xiàn)的位置鑒定除H、He以外的所有元素。

圖2、石墨烯摻雜Ru催化劑研究

由于光電子發(fā)射截面不依賴(lài)于原子化學(xué)環(huán)境，因此XPS可以根據(jù)能譜圖中光電子譜線(xiàn)強(qiáng)度(光電子峰的面積)反應(yīng)原子的含量或相對(duì)濃度。

圖3、聚合物PET的定量表面分析

此外，XPS還可以進(jìn)行固體表面分析，包括表面的化學(xué)組成或元素組成，原子價(jià)態(tài)，表面能態(tài)分布，測(cè)定表面電子的電子云分布和能級(jí)結(jié)構(gòu)等。XPS還可以進(jìn)行化合物的結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)對(duì)內(nèi)層電子結(jié)合能的化學(xué)位移精確測(cè)量，提供化學(xué)鍵和電荷分布方面的信息。

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