Ni在ZrO2(111)薄膜表面的生长、电子结构及热稳定性

利用X射线光电子能谱、紫外光电子能谱和低能电子衍射研究了Ni纳米颗粒在ZrO₂(111)薄膜表面的生长模式、电子结构及热稳定性. ZrO₂(111)薄膜外延生长于Pt(111)单晶表面,厚度约为3 nm.结果表明,当Ni气相沉积到ZrO₂(111)薄膜表面上时,遵循Stranski-Krastanov生长模式,即先二维生长至0.5 ML(monolayer),然后呈三维岛状生长.随着覆盖度的减小, Ni 2p_3/2峰逐渐向高结合能位移.利用俄歇参数法分析发现,引起该峰向高结合能位移的主要原因来源于终态效应的贡献,但在低的Ni覆盖度时,也有部分初态效应的贡献,说明Ni在ZrO₂表面初始生长时,两者存在较强的界面相互作用, Ni向ZrO₂衬底传递电荷,形成带部分正电荷的Ni_δ+.两种不同覆盖度(0.05和0.5 ML)的Ni/ZrO₂(111)模型催化剂热稳定性研究表明,当温度升高时, Ni逐渐被氧化成Ni₂₊,并伴随着向ZrO₂衬底的扩散.本文从原子水平上认识了Ni与ZrO₂表面的相互作用和界面结构,为理解实际ZrO₂担载的Ni催化剂结构提供了重要的依据.     

Ca掺杂的CeO2模型催化剂的形貌和电子结构及其与CO2分子的相互作用

利用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和同步辐射光电子能谱研究了CeO₂(111),部分还原的CeO_2-x(111) (0＜x＜0.5)以及Ca掺杂的CeO₂模型催化剂的形貌、电子结构以及它们与CO₂分子间的相互作用。CeO₂(111)和部分还原的CeO_2-x(111)薄膜外延生长于Cu(111)单晶表面。不同Ca掺杂的CeO₂薄膜是通过在CeO₂(111)薄膜表面室温物理沉积金属Ca及随后真空退火到不同温度而得到的。不同的制备过程导致样品具有不同的表面组成,化学态和结构。CO₂吸附到CeO₂和部分还原的CeO_2-x表面后导致表面羧酸盐的形成。此外,相比于CeO₂表面,羧酸盐物种更易在部分还原的CeO_2-x表面生成,而且更加稳定。而在Ca掺杂的氧化铈薄膜表面,Ca²⁺离子的存在有利于CO₂的吸附,且探测到碳酸盐物种的形成。     

窄带隙Ⅳ-Ⅵ族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500 V Ar+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te 3d5/2与Pb 4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.     

窄带隙IV-VI族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500VAr+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te3d5/2与Pb4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长

利用NO₂或O₂作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO₂表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO₂气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO₂气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O₂作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnO_x结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO₂作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnO_x的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnO_x的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

Ca掺杂的CeO_2模型催化剂的形貌和电子结构及其与CO_2分子的相互作用（英文）

利用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和同步辐射光电子能谱研究了CeO_2(111),部分还原的CeO_(2-x)(111)(0 x 0.5)以及Ca掺杂的CeO_2模型催化剂的形貌、电子结构以及它们与CO_2分子间的相互作用。CeO_2(111)和部分还原的CeO_(2-x)(111)薄膜外延生长于Cu(111)单晶表面。不同Ca掺杂的CeO_2薄膜是通过在CeO_2(111)薄膜表面室温物理沉积金属Ca及随后真空退火到不同温度而得到的。不同的制备过程导致样品具有不同的表面组成,化学态和结构。CO_2吸附到CeO_2和部分还原的CeO_(2-x)表面后导致表面羧酸盐的形成。此外,相比于CeO_2表面,羧酸盐物种更易在部分还原的CeO_(2-x)表面生成,而且更加稳定。而在Ca掺杂的氧化铈薄膜表面,Ca~(2+)离子的存在有利于CO_2的吸附,且探测到碳酸盐物种的形成。     

NbC固体表面能带和电子结构的理论研究

采用DFT/BLYP方法对NbC(001)和(111)面的电子结构进行研究。计算结果表明,对于NbC(001)表面,其表面态主要集中于费米能级(EF)下方约4.5eV附近区域,并以表面Nb原子和C原子为主要成分。O2分子在该表面吸附时,趋向于吸附在表面Nb原子上。对于NbC(111)表面,其表面态集中在EF下方0.02.0eV区域,靠近EF的态具有较高的表面活性,其主要成分为表面Nb原子的4dxz/dyz成分。上述结论与光电子能谱实验结果基本一致;但由于金属原子d电子数的差异导致NbC(111)表面态成分与类似的TiC化合物并不相同。     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长（英文）

利用NO_2或O_2作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO_2表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO_2气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO_2气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O_2作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnOx结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO_2作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnOx的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnOx的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

类金刚石薄膜表面的氨基修饰

采用射频磁控溅射法在双面抛光Si(100)基片上制备了类金刚石薄膜,通过磁过滤等离子体化学气相沉积法,以N2、H2混合气体为反应溅射气体,对类金刚石薄膜样品表面进行氨基改性.傅立叶变换红外透射光谱(FT-IR)的结果表明,改性后的类金刚石薄膜上有C-NH2键存在;光电子能谱(XPS)的结果表明,改性后的薄膜表面含氮量约为8.92%,N1s的结合能出现在氨基对应的结合能范围内,表明类金刚石薄膜经过适当改性后可以在薄膜表面产生氨基.     

氩离子轰击还原三氧化钨纳米线薄膜的光电子能谱研究

利用X射线光电子能谱(XPS)及氩离子刻蚀技术,原位研究了氩离子轰击对三氧化钨纳米线薄膜的还原作用,钨的价态由+6价逐渐被还原为0价,并获得了具有多价态结构的氧化钨薄膜.通过对实验结果的分析,定性描述了氩离子轰击还原三氧化钨纳米线薄膜的原理,认为择优溅射在整个还原过程中起着关键作用.     

NO在Cu(111)表面吸附和分解的XPS和TPD研究：不同氧物种的影响

利用X射线光电子能谱和程序升温脱附谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Cu(111)表面上的吸附和反应.通过改变NO的暴露量和退火温度,在Cu(111)表面可以制备出不同种类的化学吸附氧物种,其O 1s的结合能分别位于531.0 eV (O₅₃₁)和529.7 eV (O₅₂₉).表面O₅₃₁物种的存在对NO的不同吸附状态有着显著影响,同时使得大部分NO吸附分子(NO(a))在加热过程中发生分解并以N₂O和N₂形式脱附; 而表面O₅₂₉物种对NO(a)的解离脱附有着明显的抑制作用.相对于O₅₃₁物种来说,O₅₂₉物种对NO吸附表现出更强的位阻效应.上述结果表明,NO在Cu(111) 表面的吸附和分解行为与预吸附氧物种的种类和覆盖度密切相关.     

铈基模型催化剂的纳米结构:有序CeO2(111)薄膜上的Pt-Co纳米颗粒

制备并表征了原子分散的模型体系:氧化铈负载的Pt-Co核壳催化剂.采用超高真空物理气相沉积法制备了有序CeO2(111)膜上的Pt@Co和Co@Pt核壳纳米结构,并用同步辐射光电子能谱和共振光发射光谱对其进行了研究.在低Co覆盖率(0.5 ML)下Co在CeO2(111)上沉积生成Co-CeO2(111)固溶体,然后在更高Co覆盖率下生长为金属Co纳米粒子.Pt@Co和Co@Pt两种模型结构在300-500 K温度范围内都能稳定地抗烧结.在500 K退火后, Pt@Co纳米结构含有接近纯的钴壳,而Co@Pt中的铂壳部分被金属钴覆盖.在550 K以上,在Pt@Co和Co@Pt纳米结构中近表面区域的重新排序中产生了次表层的Pt Co合金和富铂外壳.对于Co@Pt纳米粒子,近表面区域的化学有序性取决于沉积铂壳的初始厚度.无论初始铂壳的厚度如何,在有氧存在下对Co@Pt纳米结构进行退火,都会导致Pt-Co合金的分解以及Co的氧化.Co的逐步氧化与吸附质诱导的Co偏析共同导致在负载的Co@Pt纳米结构表面形成厚的Co O层.这一过程伴随着CeO2(111)薄膜的裂解,以及在550K以上氧气中退火后CeO2包裹氧化的Co@Pt纳米结构.很明显,于不同温度下在氧气和氢气的氧化-还原循环过程中,无论铂的初始厚度是多少,负载的Co@Pt纳米颗粒的结构和化学成分的变化主要是由氧化所致,而还原处理的影响则很小.     

薄膜CdSe及CdSexTe1-x电极的光电子能谱研究

用X射线光电子能谱(XPS)研究了不同含氧气氛中烧结的薄膜CdSe及Cdse_xTe_1-x电极表面,以及薄膜与Ti底基之间的界面。研究中发现,二种薄膜电极的表面形成了CdO,SeO₂及TeO₂氧化物,与薄膜接触的Ti底基表面上形成了TiO₂。用俄歇电子能谱(AES)对在电极表面及Ti表面所生成的氧化层分别进行了深度分析。结果表明,各种氧化物形成的程度有很大的不同,氧化层厚度也存在差异。对影响薄膜电极的光电性能的因素进行了讨论。     

氧化铝薄膜表面羰基钼物种的可逆再生

 通过Mo(CO)6的热分解制备了Al2O3薄膜负载的金属钼模型催化剂,并采用热脱附谱(TDS)和X射线光电子能谱(XPS)原位研究了CO在金属态Mo/Al2O3模型催化剂表面的化学吸附. 结果表明,在低温下CO可与Al2O3表面的金属钼纳米粒子发生多重配位形成类似于羰基钼的物种. CO在Mo/Al2O3模型催化剂表面的吸附导致Mo 3d XPS峰向高结合能方向位移,所生成的羰基钼物种表现为TDS谱中在240 K处有脱附峰. 负载的金属钼模型表面与体相金属钼的化学性质完全不同,表现出明显的粒子尺寸效应.     

用XPS研究不同方法制备的CuZnAl一步法二甲醚合成催化剂

采用X射线光电子能谱对不同方法制备的CuZnAl二甲醚合成催化剂进行了比较研究. 结果表明,传统方法制备的催化剂表面存在Cu2+, 还原后以Cu+和Cu0共同构成催化反应的活性中心,而完全液相法制备的浆状催化剂表面Cu物种以Cu+形式存在,还原后其表面活性中心主要是Cu0. 在液相还原过程中,完全液相法制备的催化剂表面Cu和Zn组分的分散性同时得到改善,使其在浆态床中的稳定性优于传统方法制备的催化剂.     

铜在碱性溶液中阳极过程的研究

用慢电势扫描和恒电流法研究铜在浓碱中的阳极过程,并用角分辨X射线光电子能谱测试了铜表面二次钝化膜。结果表明,该膜由内层Cu₂O和外层CuO-Cu(OH)₂组成,越靠近膜的表面,CuO/Cu(OH)₂含量比越小,吸附水越多。据此提出成膜的电化学氧化-表面转化历程。     

稀土-过渡族金属非晶态磁光薄膜表面氧化的物理过程研究

本文报道用表面效应(光电子能谱,极克尔效应)和体效应(磁化强度,矩曲线)研究稀土-过渡族金属(RE-TM)非晶态磁光薄膜表面氧化的物理过程。稀土选择性氧化,在薄膜表面富集,过渡族金属在氧化层内贫乏。表面氧化层内的Fe_2O_3对平面磁化有贡献,且在转矩曲线上180°处出现异常峰,其峰值大小和表面氧化层深度有关。铁比钴容易和氧结合,RE-Co磁光薄膜有奸的抗湿抗氧性能。     

原子层沉积机理的原位光电子能谱研究进展

原子层沉积是一种新兴的气相薄膜沉积方法,已广泛应用于微电子、能源、光学以及催化等领域.研究和理解原子层沉积过程中的物理化学机理对于沉积高质量薄膜及其应用至关重要.光电子能谱作为一种表面分析技术,可用于原位检测原子层沉积反应过程中的表面化学变化,为原子层沉积机理研究及新型原子层沉积方法的研发提供重要的基础.本文首先介绍了原位光电子能谱的工作原理及设备构造,之后分类阐述了应用原位光电子能谱在薄膜生长过程的表面化学反应机理、初始生长过程的基底效应、薄膜生长行为模式研究、前驱体表面热解过程及影响以及界面能带结构等原子层沉积机理方面的研究进展,最后展望了光电子能谱在未来原子层沉积机理研究中的发展方向.     

邻二氯苯激发态动力学

利用飞秒分辨的激光泵浦-探测技术结合飞行时间质谱和光电子速度成像方法研究了邻二氯苯第一电子单重激发态(S₁)的超快动力学.邻二氯苯的S₁态振动基态寿命为(651 ± 10) ps,对应于S₁振动基态向三重态的系间窜越过程.邻二氯苯S₁的高振动激发9a₂18a₂对应两个衰减通道,其中寿命为(458 ± 12) fs的超快过程对应于由处于振动激发的S₁向高振动激发的基态(S₀)发生的内转换过程,而寿命为(90 ± 10) ps过程则对应由S₁态向三重态(T₁)的系间窜越过程,电离产生的光电子能谱中长寿命的谱峰可能与系间窜越过程有关. S₁态高振动态的旋轨耦合程度比低振动态的更强,导致系间窜越过程更快.     

NaCuO2及有关化合物的XPS研究

自从Muller等人发现高温超导体并提出超导机理可能与Cu~(3 )/Cu~(2 )混合价态有关以来,人们对三价铜的兴趣大大增加了。X射线光电子能谱(XPS)是研究原子价态的有效工具。但用XPS检测高温超导体中是否存在Cu~(3 )时得到了互相矛盾的结果。在这种情况下记录典型三价铜的XPS谱作为参照很有必要。但是到目前为止用XPS研究典型三价铜无机化合物的报导仅有少数几篇,而且文献[1]和[2]测得的Cu~(3 )-Cu~(2 )的Cu2p_(3/2)电子结合能位