小木虫XPS问题集锦
（第一期）
2006 年 10 月 5 日
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前言 ……………………………………………………………………………………… 问题－：xps 实战 ……………………………………………………………………… 问题二：哪里能进行XPS测试 ………………………………………………………… 问题三：XPS结合能 …………………………………………………………………… 问题四：XPS实验结果如何分析 ……………………………………………………… 问题五：如何将仅含两列数据的txt文件转化为XpsPeak4.1 可载入的des文件 … 8 问题六：XPS怎么算表面元素含量 …………………………………………………… 问题七：元素相对含量的计算 ………………………………………………………… 问题八：如何设置扫描参数和如何进行XPS分析 …………………………………… 9 9 9 5 5 7 1 2
问题九： XPS表征什么 ………………………………………………………………… 10 问题十：XPS与EDX在分析表面元素方面有什么区别 …………………………………11 问题十一：XPS研究中各种N的结合能 …………………………………………………12
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前言
通过在小木虫中检索关键词XPS，发现大多数提问及回答都很经典，而 且大多数问题都是我们常见的，为了对小木虫这些珍贵的资源做一保护， 也为了大家查询的方便，特此把大家的提问和回答进行了整理，做此电子 书发表，以后会继续整理此类资源，希望大家满意，多多支持！ 由于本人水平有限，如有不足之处敬请各位虫友多多批评指正！ 谢谢！
特此感谢所有在小木虫中发表XPS贴子及回贴的虫友！ 大家辛苦了！
小木虫专用章
2006.10.01
编者：rabbit7708 2006 年 10 月 5 日
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问题－：xps 实战 runqi： 成为虫友几个月，斩获颇丰，找到了很多珍贵的资料。但是，总有一种消化不良的 感觉。书本都是一些最基本的原理分析，在实际科研上，往往需要更多的经验和技巧。 今天，我把以前的关于 xps 分析材料成分的一些经验简单总结一下，真诚欢迎虫友补充 和纠正。 1 简介 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)又称 ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), 能够分析出了氢，氦以外的所有元素。测定精确到 0.1at%, 空间 分辨率为 100um, X-RAY 的分析深度在 1.5nm 左右。 XPS 的样品一般是 10mm*10mm*5mm, 也可以更小些。 厚度不能超过 5mm. 一般我的样 品 5mm*5mm*1mm. XPS 分析室的真空度可以达到<10E-9 Pa, 因此样品要干燥，不能释放 气体。xps 的灵敏度很高，待测样品表面，绝对不能用手，手套接触。也不要清洗。 对于非导体样品，由于表面电荷的累计，我们需要打开 charge neutroliszer. 2 原理 这方面很多书上都介绍了，归根结底就是一个公式： E(b)= hv-E(k)-W E(b): 结合能（binding energy） hv: 光子能量 （photo energy） E(k): 电子的动能 （kinetic energy of the electron） W: 仪器的功函数（spectrometer work function） 通过测量接收到的电子动能，就可以计算出元素的结合能。 铝靶：hv=1486.6 eV 镁靶：hv=1253.6 eV 3 应用 由于元素的结合能是唯一标识的，因而我们可以用 xps 作： （1）组成样品的元素的标定 （2）各元素含量的计算 （3）元素的侧向分布 （4）化学态标定 （5）测量超薄（小于 5 纳米）样品的厚度 利用电子在不同材料的传播的平均自由程不同。 如果这对你还有一点点帮助的话，我就继续写，下一步分主要介绍我所分析过的一 些例子，注意什么事项等，暂停一下，让大家发言讨论
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10032587 群，欢迎你 回答如下： nanohappyyou： 非常好！正如你所说：除了基础知识之外，在实际运用中，还有许多东西需要我们 去不断积累！其中“分析深度在 1.5nm 左右” ，不一定吧？一定要接着！ runqi： 回复 nanohappyyou 影响分析深度因素很多，简单，比如，射线的功率，分析的材质等。还有就是电子 在材料中的平均自由程。总体而言，就是几个原子层大小。希望有 xps 经验的虫友来参 与讨论。这样大家都能够提高！ ！ 分峰 我个人认为，对于 xps 的分峰，不像 XRD 那样有标准的数据库。关键的问题是，能 用 xps 的结果来证明你自己的论点。 比如说，物理沉积得到的 TiN 中的 Ti, 目前有 2 大类分峰，一类认为由于 Ti 有 4 价，因而， 要分 8 个峰（2p 1/2, 4 个，2p 3/2 4 个） 。另一类认为， 只要分 6 个峰 就可以即，Ti-N, Ti-O-N, Ti-O. 因为 Ti 极易被氧化。 所以，分峰方式的选择，主要是考虑解释你观察的现象。 关于元素的 binding energy, 我的做法是，查 e-journal 中相应元素的值，应该有 一个整体范围。然后，你在这个范围内，选一个可以解释你的实验现象的位置就行了。 风枫： 好像很随意，不是很科学哟。 runqi： 是很随意，不过，数据可都有很严谨的。 XPS 的应用，还有很多问题。我曾经接触过得比如：作 depth profile 确定薄膜和 基材界面的时候，界面的粗糙度对测定值的影响？还有，前一段时间看到帖子，讲 xps 可以测定晶粒的粒度。
问题二：哪里能进行 XPS 测试 orange19821211：
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我需要进行 XPS（X-射线光电子能谱测试） ，但不知哪里能够进行，而且能够接受外 来样品。望予告知，谢谢先！急需！ 回答如下： chevan： 我知道的就有厦门大学和清华大学啊，按小时计费。 Hqzhang： 吉林大学也行，我在那测过。 ssd218： 天津大学和河南大学，我在天津大学做过！ liangzaili： 四川大学和成都科分院以及成都的另外一个研究所都可以做。每个样品 100 元 xiaozw： 中科大，150 个样，把样品寄过去就可以了，联系方式自己去大学的网站上找吧。 华南理工大学 xps 也刚到可以做了， jiangxinyu： 长沙中南大学粉冶所也可以做。 问题三：XPS 结合能 Daiqiguang： 一种氧化物如 CeO2 在反应后 Ce3d 结合能增加，意味着什么？ 我知道如果向 CeO2 掺杂其他过渡金属等，由于相互作用会导致结合能增加，但是 反应后（没有其它的产物生成）结合能增加，为什么了？能说明什么问题？跟催化剂失 活有关？ 回答如下： hanyu_cn： 我对你的这个反应不是很清楚，只能简单地说说我的看法，反应后 Ce3d 结合能增 加，肯定地说氧化物表面 Ce 的电子状态发生了变化，是否有高价态的 Ce 形成呢？反应 后没有其它产物生成不知道是什么意思。你可以看一看 O1s 的 XPS 峰的情况。同催化剂
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失活的关系， 我想主要还是要看催化剂的活性物种， 电子状态变化可能改变了催化剂 Ce 的表面性质，影响催化剂表面的活性中心。失活的因素很多，要看哪一个是主要的。这 是我的看法，也不一定合适。 westwolf： 1）要确认是结合能增加，如对污染物 C1s 定标。 （主要是确定有没有荷电问题！ ） 2）如果确实有结合能增加的问题，主要有下面因素有关 a)化学态的变化，此时表明 Ce 原子失去更多的电荷。 b)局域点态的变化，可能与催化剂的表面形貌（几何结构等） ，表面污染物等因 素有关。如果催化剂是纳米粒子 i，可能与粒子的晶体结构(如趋向，相结构等)和大小 的变化等有关。 所以一定要确认是结合能确实变化了，再来分析其具体的原因。有时需要配合其它 分析方法一起确认和分析。 daiqiguang： 谢谢两位的回答，受益匪浅！ 我的 XPS 是在中科大作的，那里的老师告诉我肯定 Ce 的价态没有变，都是+4，我 查文献也发现确实没有变化。新鲜催化剂和反应后（也就是失活催化剂）的 XPS 没有任 何区别，除了失活催化剂的结合能增加外，包括 O1s 的。由此我觉得，结合能的增加不 是由于价态的变化而引起的。而 westwolf 提出的第二种因素表面污染可能是我的催化 剂结合能增加的原因， 因为我其他的实验以及表征都表明催化剂表面吸附有大量的其它 副产物，但是没有积碳。 再次请教 westwolf， 您有没有第二种因素造成结合能增加相关的具体资料， 能不能 提供一些，谢谢！ ！ hanyu_cn 提出的“同催化剂失活的关系，我想主要还是要看催化剂的活性物种，Ce 电子状态变化可能改变了催化剂的表面性质，影响催化剂表面的活性中心”对我有很大 的启发，我发现我的催化剂失活得真正原因在于催化剂表面性质发生了变化，由于吸附 有大量反应过程中产生的副产物，堵塞了活性位，一直苦于没有直接的表征手段对其做 出解释，看样子我可以从 XPS 入手，找一些突破，谢谢，十分感谢 hanyu_cn。 westwolf： 两个问题没有清楚:1)Ce 结合能增加时,你有没有发现 O1s 结合能也增大,2)吸附物 是什么?如果其电负性比氧的大,Ce 结合能增加时很正常的,吸附诱导的电荷密度转移. 另外你的化学位移值有多大,结合能用什么定标的?(因为你说没有吸附碳).吸附和其它
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物理结构变化引起的结合能的变化较小,一般在 0.4eV 内. 此外,如果有大量吸附产物, 将直接影响 CeO2 的表面功函数,也能引起结合能的增加. 在彻底搞清楚你的问题前,先得知道上述问题.. daiqiguang： 1）O1s 结合能也增大； 2）吸附物是 Cl-或 Cl2。 化学位移为 0.45-0.5eV，用 C1s 定标， 我所说的没有碳主要是说催化剂失活与常见的积碳无关 听了 westwolf 的分析，结果越来越明朗了，再次感谢 westwolf 的解答 hanyu_cn： westwolf 的 分 析 真 的 很 好 ， 对 我 也 有 很 大 启 发 ， 非 常 感 谢 westwolf, 以 及 daiqiguang 提出的问题。催化剂失活比较复杂，要想彻底弄清楚要做很多工作，单靠 XPS 恐怕不易，很多时候大家都是笼统地推测“反应过程中的副产物，堵塞了活性位” ， 实际表征起来比较困难。 daiqiguang： hanyu_cn 说的很对， 催化剂失活太复杂了， 而且找到合适有效的表征手段真的很不 容易，这也是一直困扰我的问题。我当初做 XPS 根本没有向催化剂失活方向考虑，只是 狭隘地去表征氧化物的价态，但是做了之后觉得好像不是太容易解析，所以上来请教各 位，这一请教的确增长了不少知识，受益匪浅！ ！ 问题四：XPS 实验结果如何分析 conquerus： 我做了 xps 的实验，但不会的分析，实验员给出的数据格式都是*.dat,其中一个是 全谱,还有一个是碳的,其他的均为各掺杂元素的,请问这些文件我用什么可以打开,然 后怎样进行处理分析,需要看哪本书能快速提高这方面的知识? (我做 xps 主要是想分析所做试样的结合键) 回答如下： neilxing： XPSpeak 软件,或者 origin 建议看《电子能谱学（XPS-XAES-UPS）引论〉
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conquerus： 请问那个碳的文件有什么用，我实验中没有这种元素啊。 neilxing： 样品可能被含碳物质污染，一般都有碳峰。有时候以碳峰作为参考。 Conquerus： 请问我怎样可以知道每个峰处所对应的物质、元素？ Avad： 碳是用来定标的,就是以 C 的 284.6 或 284.4 为标准,与实验所得的碳进行比较,得 到差值.其他元素的峰值。要加上或减去此差值.*.dat 文件是用写字板打开,倒入 origina 软件.建议每次做实验之前,要先弄清楚实验的目的和可能的结果. Nuaazw： 可能要查 XPS 手册，其上有每一种元素所可能产生的峰（峰位置） 一般作 XPS 的，都会有这本书 C. D. Wagner, W. M. Riggs, L. E. Davis, et al., Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy [M], (G. E. Muilenberg, editor) Perkin Elmer Corporation (Physical Electronics), 1979。或新版本。 问题五：如何将仅含两列数据的*.txt文件转化为XpsPeak4.1 可载入的*.des文件 tianhesen： 我下载了 XpsPeak4.1 软件，但是我的 XPS 数据是*.txt 格式，几乎只有数据。但是 XpsPeak4.1 软件载入不了（可载入*.des 格式文件） ，所以就无法进行分峰处理。我用 UltraEdit 软件将*.txt 格式载入，令存为*.des 格式，但还是不行。我该怎么办呢？ 回答如下： qingmiao： 打开 XpsPeak4.1 软件，在上面窗口的 data 目录中，选中 Import(ASCII)，就可以 载入*.txt 数据了。 问题六：XPS 怎么算表面元素含量 simonzrh：
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自己完成了分峰，要算表面元素含量怎么办？有灵敏度因子/峰面积信息了，该用 一个元素的总峰面积还是主峰面积？峰面积乘还是除灵敏度因子啊？晕了 回答如下： wanglidong2006： Using one peak info for one element. For example, SiO2, you will get Si2s and Si2p, choose one for Si. simonzrh： 但是一个元素如 Si 2p 也是两个峰，是不是用总峰面积啊，面积除灵敏度吗？ penfee： 就用所有分峰面积加和做总面积．呵呵．最近做了大量的 XPS。 Simonzrh： 我是根据资料文献刚做了初步的分峰啦，还谈不上计算和分析。按照 penfee，我就 把 Co2P3/2 和 Co2p1/2 一起加和来算啦，除上灵敏度因子归一法算。谢谢哈 问题七：元素相对含量的计算 scuslm： 我做的 XPS 实验，想分析 Mn3＋和 Mn4＋的相对含量，其中它们的结合能和对应的 面积均已知，但只知道 Mn 的校正因子，不知道 Mn3＋和 Mn4＋的校正因子，请各位帮忙 告诉一下它们的校正因子以及具体该怎么算。另外，O1s 的 XPS 图谱也显示了两种不同 的 O 物种，假设分别是 O1 和 O2，它们的结合能和对应的面积也均已知，怎样计算其相 对含量。 回答如下： jiazang： 同种元素不同价态的分子，不需要校正因子，可直接根据积分面积确定相对含量！ 不同元素间才会用到校正因子，但是其相对含量还是不能很准确的换算出来！ 问题八：如何设置扫描参数和如何进行 XPS 分析 麻雀-handan： 现在想做 Cu 的 XPS， 可是怎么样的扫描参数和怎么样来分析都没有头绪， 请各位高
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手帮帮忙吧！ ！穷学生做一次这么贵的表征不容易，一定要一次性就弄得 Ok 一些才好 啊！！ ！ 回答如下： rabbit7708： 你是做 CuO 的 XPS 吧？还有其他的氧化物吧？XPS 主要是通过元素价态变化来说明 问题的，还有峰形的变化，出峰位移。这些在表征相关书籍中都有介绍，还有相关文献 中也有分析过程。基本上制样有两种，一是粉未直接粘在导电 Cu 胶带，很薄的一层就 可以，一种是压片制成片状。就看你去做的时候他们的要求了。做的时候收集谱先获得 全谱，看看有什么元素。再针对存在的元素进行高分辩谱的收集。需要根据谱的形状进 行谱峰分解。 wangmz_xmc： XPS 是做元素价态分析的，首先你要保证样品不受污染。相关的书籍你可以看一下 固体表面化学方面的书籍。但一般这些书的理论都讲得很深，很难懂。我们研一下学期 学过这门课，清华可以做，每小时２００元左右。曹立礼老师在清华理化楼二楼，你可 以去向他请教，他水平挺高，人也挺好。 daiqiguang： "怎么样的扫描参数和怎么样来分析",这些都不需要你来做，数据处理也有专门的 软件如果你到中科大（合肥）作，都会帮你分析，分峰等一切处理！我在那做过很多样 品，以前 200 块一个样，现在 300，好像是去年或今年买了一新仪器，所以价格涨了， 哈哈。Cu 我也做过！具体到和你反应相关的分析，最简单的方法就是参照相关的文献进 行分析，主要集中在价态以及结合能方面！ ！ 问题九：XPS 表征什么 feifeichong： 各位做催化的老大，对于 XPS 的表征到底分析什么？哪位师兄师姐们可以给小弟 讲讲啊？或者介绍点专业点的知识。谢谢了！ 回答如下： sawm： 楼上的 MM，你读工业催化，找任何一本催化表征的书籍来看都讲的非常之详细，不 需要这里问的。辛勤主编《固体催化剂研究方法》和《多相催化的研究方法》 。
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rabbit7708： 可以多看些有关你做的方向的催化文献，特别是近几年的，上面基本都有 XPS 的表 征知识，而且和你做的东东比较相近，这样比较直观，也能看懂一些。看书要有目的地 去看，不能盲目，不然肯定看不懂。 moonbigboy： 你应该是看催化反应前后，催化剂表面化合物变化情况把，例如，如果反应吸附了 SO2， 你应该从 xps 上看反应后是不是生成了 SO4 离子或者是亚硫酸根离子在 origin 中 做出的图,要拷贝到 Word 中,可以在 Edit 中选择 copy page,然后在 Word 中建一个文本 框,点鼠标右键,复制即可。 wangmz_xmc： 我们刚学过固体表面化学这门课,清华大学曹立礼老师讲的,他最近正准备出一本类似 的表面科学的书,其中单独有一章讲 XPS 原理及应用,如果有问题可去向他请教,他在清 化理化楼二楼,退休的老教授,水平很高。 主要用于分析化学物质的价态,其他复杂的 XPS 可以用 XAES 伴峰谱图。分析,建议你先看一下他编的书。 问题十：XPS 与 EDX 在分析表面元素方面有什么区别 gcn： 最近想做表面分析，但不知道用那个好一点，请高手指教！ 回答如下： nanotech： 如 XPS 要高级一些，XPS 不光可以分析出何种元素，什么含量，还可以知道该元素 是何种价态，比如金属表面，可以知道它是否被氧化，生成物是什么；而 EDX 只能知道 何种元素，各元素含量，看你需要选择用哪种，如果看看玩玩就选 EDX 吧，这个便宜不 少。 nanotech： 峰 XPS 一般采样深度为几个纳米，如果用角分辨 XPS 可以到十几个纳米，用深度剖 析可以达到几百个纳米；一般 EDX 打入的深度只有零点几到几个微米。 xilidge：
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XPS 主要是为了看元素价态，而 EDS 可以做全面元素分析，兼有扫描电镜的功能（可以 看到电镜照片，不过稍微模糊一点） 。 wang3555991896： xps 除了看价态以外，还可以得出相应的成键情况，进而得出相应原子的电子云分 布状况和杂化情况，这一点可以从很多文献中看到。edx 是能量散射谱，它主要和扫描 电镜一起使用，现在扫描电镜的分辨率都在 3nm，所以可以看得很细，但能谱是一种半 定量的分析手段，得到的数据不是很准，建议用 xps。 问题十一：XPS 研究中各种 N 的结合能 asyouplease： 请问是否有人熟悉各种 N 的结合能，比如我的产品中可能有 RNH2、RCN、RCHNH 以 及它们与金属表面的配位等，它们的结合能好像都很近的，如何确定并给它们分峰？没 有找到这方面的文献，不知是否有人有？非常感谢，也非常着急希望能获得帮助 回答如下： westwolf： 请查一下下面的数据库，有很多 https://www.doczj.com/doc/3c18638106.html,/xps/elm_in_comp_res.asp?elm1=N 有很多与你的问题相关。这应该是最好的 XPS 数据库了.希望对你有用。最好的情 况是 XPS 再辅助 FTIR.结果会更可靠。 asyouplease： 其实，我就是根据 FTIR 的结果分析可能含有氰基、亚胺等的，所以我希望获得 XPS 结果的支持。但因为 N 含量很低，数据中噪音很大（不知是否和 RAMAN 一样，由脉冲引 起的？） 。数据通过 origin 中 smooth 处理后，在 N 的范围内看出来有好几个峰。 另外，我总觉得 NIST 数据库也有不足。不加选择和适当验证的收录所有数据，有 点让人无所适从，对于同一环境下的某元素它会给出很多不同数据，其实很多是矛盾的 或者是有条件的。我觉得 https://www.doczj.com/doc/3c18638106.html,/database/elementxps.php 也有 不错之处，给出一个 BE 值和范围，它会给出一系列可能的物质。 westwolf： NIST 数据库和 Lasurface 的数据 都是来自于发表的文献，不是他们自己获得的。 基本上是一样的。你需要阅读相关的文献才能确定自己的答案。
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