电子能谱的应用 X射线光电子能谱（XPS）的原理及应用|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

X射线光电子能谱（XPS）的原理及应用

01 原理：

XPS是利用 X 射线辐射样品，使得样品的原子或分子的内层电子或者价电子受到激发而成为光电子，通过测量光电子的信号来表征样品表面的化学组成、元素的结合能以及价态。

X 射线光电子能谱技术作为一种高灵敏超微量的表面分析技术，对所有元素的灵敏度具有相同的数量级，能够观测化学位移，能够对固体样品的元素成分进行定性、定量或半定量及价态分析，广泛地应用于元素分析、多相研究、化合物结构分析、元素价态分析。此外在对氧化、腐蚀、催化等微观机理研究，污染化学、尘埃粒子研究，界面及过渡层研究等方面均有所应用。

02 应用

1 XPS在木质材料中的应用

XPS 技术成为木质材料分析、应用领域的重要手段。XPS 对木材领域的分析不仅可以获得材料本身的元素组成和物质结构，而且对木材的修饰、应用 等方面的研究有重要意义。运用 XPS的表层与深层分析，在木材加工、合成、防护等领域都有着重要作用，在测得材料成分的含量与性质后，也可以得知涂饰性能、风化特性、硬度、抗弯度等基本性质，再对木材分类以进行定向加工，这将极大提高木材的利用效率，扩大应用领域。

2 XPS在能源电池中的应用

麦考瑞大学黄淑娟和苏州大学马万里等人报道了在钙钛矿表面沉积同源溴化物盐以实现表面和本体钝化以制造具有高开路电压的太阳能电池的策略。与先前工作给出的结论不同，即FABr等同源溴化物仅与 PbI2反应在原始钙钛矿之上形成大带隙钙钛矿层，该工作发现溴化物也穿透大部分钙钛矿薄膜并使钙钛矿中的钙钛矿钝化。通过吸光度和光致发光 (PL) 观察到的小带隙扩大；在飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS) 和深度分辨 X 射线光电子能谱 (XPS) 中发现溴化物元素比例的增加。各种表征证实了钙钛矿器件中非辐射复合的明显抑制。使用同种溴化物钝化的非封装器件在环境储存2500 小时后仍保持其初始效率的97%，在85°C下进行520小时热稳定性测试后仍保持其初始效率的59%。该工作提供了一种简单而通用的方法来降低单结钙钛矿太阳能电池的电压损失，还将为开发其他高性能光电器件提供启示，包括基于钙钛矿的串联电池和发光二极管 (LED)。

3 XPS的表面改性

物质表面的化学组成改变和晶体结构变形都会影响材料性能，如黏附强度、防护性能、生物适应性、耐腐蚀性能、润滑能力、光学性质和润湿性等。一种材料可能包含几种优良性能。XPS 分析技术广泛应用于材料的表面改性，主要有以下几点原因：

(1) XPS对表面测量灵敏度高，用其进行表面改性是一种有效方法；

(2) 由于 XPS分析技术可以获得相应的化学价态信息，因此通常用来检测改性时的表面化学变化；

(3) 由于 XPS 只能检测样品表面 1～10 nm 的薄层，故 XPS 可以测量改性表层的化学组成分布情况。

4 XPS在生物医学中的应用

XPS 逐渐被应用在生物医学研究以及生物大分子的组成、状态和结构等方面。由于生物试样在制备过程中有一定难度，因此 XPS在医学上的应用仍处于探索阶段。

03 来源文献

[1]杨文超,刘殿方,高欣,吴景武,冯均利,宋浅浅,湛永钟.X射线光电子能谱应用综述[J].中国口岸科学技术,2022,4(02):30-37.

[2]Homologous Bromides Treatment for Improving the Open-circuit Voltage of Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Materials, 2021.

化学实验室的未来：扫描X射线电子能谱仿真软件引领教育革新

在化学学科教育领域，实验操作一直是学生理解理论知识和培养实践技能的重要环节。然而，传统实验室的局限性和资源限制往往制约了教育的深度和广度。为了突破这些限制，一款名为“X射线电子能谱仿真软件”的创新工具应运而生，它不仅为学生提供了一个三维的、高仿真度的虚拟实验环境，还通过实时信息反馈和操作指导，极大地丰富了化学实验教学的内涵。

三维仿真，沉浸式学习体验

这款软件利用先进的虚拟现实技术，依据实验室的实际布局搭建模型，为学生提供了一个与真实实验室无异的虚拟操作空间。在三维的仿真环境中，学生可以自由地观察和操作实验仪器，每一个细节都得到了精心的再现，从而增强了学习的沉浸感和真实感。

全程参与，实时反馈与指导

软件设计了全程参与式的学习流程，学生可以按照实际的实验步骤进行操作，软件会提供实时的信息反馈，指导学生正确地完成每一个实验环节。这种实时的反馈机制不仅提高了学习效率，还能够帮助学生及时发现并纠正错误，确保实验操作的正确性。

交互操作，培养动手能力

通过高交互操作的设计，软件鼓励学生主动探索和实践。学生可以自主地调整实验参数，观察不同条件下的实验结果，这种自主性的操作极大地提升了学生的动手能力和实验技能。

评分系统，规范实验操作

每个实验操作都配有评分系统，这不仅能够激励学生追求更高的实验标准，还能够帮助学生了解实验操作的正确方法和注意事项。这种规范化的考核机制，有助于培养学生严谨的科学态度和实验习惯。

3D操作画面，解决实验盲点

软件的3D操作画面提供了强大的环境真实感、操作灵活性和独立自主性。学生可以全方位地查看实验仪器的各个部分，解决了实际实验过程中可能存在的盲点问题，为学生提供了一个自主发挥的实验舞台。

趣味性学习，激发创新思维

特别值得一提的是，这款软件在提升学习效率和质量的同时，也极大地增强了学习的趣味性。通过模拟实验的趣味性设计，软件激发了学生的好奇心和探索欲，调动了学生动脑思考的积极性，从而培养了学生的创新思维。

“X射线电子能谱仿真软件”不仅仅是一款软件，它是化学教育信息化建设的一大步，是连接理论与实践、虚拟与现实的桥梁。它为学生提供了一个全新的学习平台，让化学实验教学变得更加生动、高效和有趣。随着这款软件的广泛应用，我们有理由相信，它将为化学学科教育带来革命性的变化，为培养未来的化学科学家奠定坚实的基础。