Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Transkrypt

1 Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

2 Oddziaływanie elektronów ze stałą, krystaliczną próbką wstecznie rozproszone elektrony elektrony pierwotne elektrony Augera fluorescencja rentgenowska elektrony wtórne luminescencja katodowa cienka krystaliczna folia wiązka dyfrakcyjna elastycznie i nieelastycznie rozproszone elektrony

3 Elektrony ulegają nieelastycznemu rozpraszaniu na ciele stałym na skutek procesów: jonizacji atomu w powłoce rdzenia wybicia elektronów z pasma walencyjnego (elektrony wtórne) wzbudzenia fononów (drgań sieci krystalicznej) wzbudzenia plazmonów (kolektywnych ruchów oscylacyjnych elektronów pasma walencyjnego) W wyniku tych procesów energia elektronów pierwotnych E 0 ulega obniŝeniu o charakterystyczną dla danego materiału wartość. Analiza strat energii elektronów pierwotnych po przejściu przez próbkę (lub odbitych) stanowi podstawę spektroskopii charakterystycznych strat energii elektronów.

4 Analiza wiązki przechodzącej Spektrometr stanowi część mikroskopu elektronowego. Energia elektronów pierwotnych - od 0,1do 10 kev Widmo strat energii pokazuje wartości energii jonizacji atomów obecnych w próbce. pasmo przenoszenia pasmo walencyjne PołoŜenie uskoku jest cechą charakterystyczną pierwiastka, a jego kształt zaleŝy od typu jonizowanej powłoki. Widmo zawiera informacje pochodzącą od atomów w całej objętości próbki - EELS nie jest metodą powierzchniowo specyficzną

5 Analiza wiązki rozproszonej - Wysokorozdzielcza spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów, HREELS (High-Resolution Electron Energy-Loss Spectroscopy) UŜycie elektronów pierwotnych o niewielkiej energii kinetycznej (rzędu kilku ev) pozwala zebrać informację tylko z kilku najbardziej zewnętrznych warstw atomowych- HREELS jest metodą powierzchniowo specyficzną. Rejestrowane straty energii są rzędu mev; odpowiadają one wzbudzeniu oscylacji cząsteczek znajdujących się na powierzchni próbki (w szczególności cząsteczek substancji zaadsorbowanej na powierzchni).

6 Schemat spektrometru HREELS analizator detektor próbka przesłona komora rozpraszania moŝliwość obrotu o 140 monochromator Wysoką rozdzielczość widma uzyskuje się tylko wtedy, gdy elektrony pierwotne stanowią ściśle monoenergetyczną wiązkę konieczność zastosowania monochromatora Rejestruje się rozkład energii elektronów rozproszonych pod róŝnymi kątami.

7 Analiza częstości oscylacji cząsteczek zaadsorbowanych dostarcza informacji o sposobie związania adsorbatu do podłoŝa, np:

8 Dipolowy mechanizm rozpraszania elektronów metal Prostopadła do powierzchni orientacja dipoli powoduje wzmocnienie pola elektrycznego przy powierzchni padający elektron w wyniku oddziaływania z polem moŝe ulec nieelastycznemu rozproszeniu, wzbudzając jednocześnie drganie dipola. Równoległa do powierzchni orientacja dipoli nie wytwarza wypadkowego pola elektrycznego brak oddziaływania na padający elektron

9 Oscylacyjna reguła wyboru dla powierzchni Tylko drgania o momentach przejścia prostopadłych do powierzchni mogą zostać wzbudzone przez padające elektrony. Reguła ta obowiązuje tylko dla kątów rozproszenia bliskich kątowi padania, gdyŝ tylko w tym przypadku udział dipolowego mechanizmu rozpraszania elektronów jest przewaŝający. Dla innych kątów rozproszenia udział mechanizmu dipolowego jest znikomy i powyŝsza reguła wyboru przestaje obowiązywać (wzbudzone mogą zostać drgania o momentach przejścia zorientowanych dowolnie względem powierzchni ). e Obserwujemy tylko drgania o momentach do powierzchni Θ Θ

10 Zastosowanie reguły wyboru do określenia orientacji makrocyklicznego benzamidu związku na powierzchni Au C.M. Whelan, J. Phys. Chem. B, 2002, 106 (34), pp MoŜliwa płaska lub ukośna orientacja pierścieni benzenowych

11 H H Dipolowy moment przejścia drgania deformacyjnego γ CH jest skierowany prostopadle do płaszczyzny pierścienia; w przypadku równoległego do powierzchni ułoŝenia pierścieni spełniona będzie reguła wyboru i dla kąta rozproszenia równego kątowi padania w widmie powinno pojawić się intensywne pasmo tego drgania.

12 Przykład zastosowania: W jaki sposób etylen wiąŝe się do powierzchni katalizatora?