金表面氧化和原子團(tuán)簇的電子能譜研究.pdf

1、自納米材料被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們對(duì)它的探索就從未停歇，一直以來(lái)都是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。納米材料表現(xiàn)出各種異于塊體材料的新奇而迷人的特性，其在應(yīng)用方面的巨大潛力令世人矚目。探究其反常特性背后的物理機(jī)制是非常重要并極具價(jià)值的。然而將經(jīng)典的理論模型直接應(yīng)用于納米材料均遇到了不同程度的阻礙，因此需要建立一個(gè)能夠合理解釋和預(yù)測(cè)納米材料特性的全新的理論模型。
　　我們以低配位原子作為切入點(diǎn)，在鍵弛豫理論的框架內(nèi)對(duì)納米材料進(jìn)行探討。低配位原子普遍的存

2、在于任何材料中，但是在塊體材料中低配原子所占比例極小，其對(duì)材料性能的影響微乎其微。而納米材料中低配位原子占了很大的比例，其對(duì)材料的性能有著極大的影響。
　　本文根據(jù)鍵弛豫理論和緊束縛近似，并結(jié)合 X射線光電子能譜和選區(qū)標(biāo)定光電子譜，對(duì)金表面、氧化和原子團(tuán)簇的局部鍵弛豫和能級(jí)偏移進(jìn)行分析，探討其能級(jí)偏移的尺寸效應(yīng)。具體工作和結(jié)果如下：
　　1.鍵弛豫理論認(rèn)為，低配位原子間的鍵將會(huì)變短變強(qiáng)，導(dǎo)致了電子和能量局域致密化，這將對(duì)晶體

3、勢(shì)產(chǎn)生微擾，使得表面的芯能級(jí)發(fā)生偏移。我們能夠從理論上得到芯能級(jí)偏移與尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以對(duì)Au表面4f7/2芯能級(jí)的 XPS進(jìn)行解譜，得到孤立原子的結(jié)合能和塊體能級(jí)的偏移等重要的定量信息，并對(duì)相關(guān)的物理量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
　　2.利用ZPS方法對(duì)Au表面發(fā)生氧化時(shí)4f7/2芯能級(jí)的偏移進(jìn)行分析，結(jié)果顯示強(qiáng)氧化性 O原子的引入擾亂了表面的晶體結(jié)構(gòu)和局部勢(shì)場(chǎng)，引起表面形態(tài)的重構(gòu)和芯能級(jí)的偏移。而表面重構(gòu)對(duì)芯能級(jí)偏移亦有影響

4、。
　　3.對(duì)Au原子團(tuán)簇芯帶和價(jià)帶進(jìn)行 ZPS分析，得到其各能級(jí)相對(duì)于塊體材料的偏移量。原子團(tuán)簇的能級(jí)均發(fā)生向深層的偏移，證實(shí)了BOLS理論的觀點(diǎn)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)芯帶各能級(jí)的偏移量相同，而價(jià)帶各能級(jí)偏移量大于芯帶能級(jí)，并且價(jià)帶頂端的能級(jí)要比底部的偏移量大。這意味著Au原子團(tuán)簇的價(jià)帶相比于塊體材料來(lái)說(shuō)變窄了，從而降低了價(jià)帶電子發(fā)生躍遷所需的能量。此外，還得到芯能級(jí)尺寸效應(yīng)的關(guān)系式，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有很好的一致性。
　　理論分析與