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X射線光電子能譜是什么？X射線光電子能譜有什么用途？

X射線光電子能譜（XPS，全稱為X-ray Photoelectron Spectroscopy）是分析物質表面化學性質的一項技術，是一種基于光電效應的電子能譜，它是利用X射線光子激發出物質表面1－10nm范圍內的原子的內層電子，通過對這些電子進行能量分析而獲得的一種能譜。X射線光電子能譜（XPS）能夠對材料表層的組織結構提供有價值的信息，與其他的檢測手段相比，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構的最常用的一種電子能譜，在許多研究領域得到廣泛地應用。

圖1、XPS和AES能級示意圖

原子或分子吸收X射線光子，電子被激發出來。光電子動能依賴于光子能量(hν)和電子結合能（即電子離開表面所需能量）。通過測量發射電子的動能，計算電子結合能，確定材料的近表面處元素及其化學態。結合能與許多因素有關，包括：發射電子的元素，發射電子的軌道，發射電子原子的化學環境。因此，XPS可以根據能譜圖中出現的特征譜線的位置鑒定除H、He以外的所有元素。

圖2、石墨烯摻雜Ru催化劑研究

由于光電子發射截面不依賴于原子化學環境，因此XPS可以根據能譜圖中光電子譜線強度(光電子峰的面積)反應原子的含量或相對濃度。

圖3、聚合物PET的定量表面分析

此外，XPS還可以進行固體表面分析，包括表面的化學組成或元素組成，原子價態，表面能態分布，測定表面電子的電子云分布和能級結構等。XPS還可以進行化合物的結構分析，通過對內層電子結合能的化學位移精確測量，提供化學鍵和電荷分布方面的信息。

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