能源电池材料、催化材料、碳材料、生物材料等中表面物质组成、价带结构、形貌、表面电势等检测方案(X光电子能谱)

Excellence in Science (一)当二(SdX)冷Xg 前言 【岛津 XPS简介】 X射线光电子能谱仪 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 是利用X射线激发样品表面元素的内层能级电子信号，再用电子能谱仪检测光电子的动能及强度，进而确定元素的种类、价态及相对含量等信息。 早在上世纪60年代，岛津旗下 Kratos 公司就开始研制和生产X射线光电子能谱仪，生产地址在英国的曼彻斯坦城市，迄今为止已经研发了 ES 系列、Axis 系列等多款型号，同时积累了丰富的专利与技术。 岛津X射线光电子能谱仪有以下技术特点：1)高功率X射线源：岛津X射线源功率最高可达600W，高功率的X射线源保证对低含量元素的分析与检测；2)专利单电子源荷电中和：中和枪位于样品台正上方，单电子源开启方便，对真空无影响，可以保证对样品所有表面的有效中和；3)165mm 半径双层能量分析器：大半径的能量分析器可以保证谱图的高分辨率，同时双层能量分析器分别用于采谱与成像，可以保证谱图与成像的高灵敏度；4)全自动化进样系统：进样不需要手动操作，防止手动对仪器的损伤，同时进样室配备定位相机，在抽真空时可以进行选点操作，节省时间。 ec【应用背景】 n 人类社会对能源及健康的需求持续增长。能源材料方面，能源需求结构在发生变化，能源行业正在由传统的不可再生的化石能源向太阳能、氢能、核能、风能等新能源发展，新能源材料即指那些正在发展的、可能支持建立新能源系统满足各种新能源及节能技术的特殊要求的材料，具有广阔的应用前景。而生物材料方面，传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足医学发展的要求，现代医学对生物材料提出更高的要求，生物材料面临着新的机遇与挑战。 【新能源及生物材料发展趋势】 新能源材料通常有以下特点：1、新材料把原来已经使用的能源变成新能源，更便于使用；2、一些新材料可以提高储能和能量转化效果；3、一些新材料保障了新能源使用的安全。 主要涉及以下几种关键性材料： 一、能源电池材料：如太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。太阳能电池材料是一种新能源材料， IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高高40%。氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。 二、催化材料：分为均相催化剂和多相催化剂。均相催化剂是指催化剂和反应物同处于一相，没有相界存在而进行反应的催化剂。多相催化剂则用于不同相的反应中，即和它们催化的反应物处于不同的状态，例如固态镍，能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪，催化剂是一种固态，被它催化的反应物则是液态(植物油)和气态(氢气)。 三、碳材料及其他材料：自1985年，富勒烯(C60)发现以来，碳材料引起了科学家的广泛关注。从富勒烯到碳纳米管再到石墨烯，其优越的性能不断得到研究。其中石墨烯因具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 此外还有纳米材料、磁性材料等，比如纳米陶瓷，利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。 生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，生物材料正向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体生理功能、个性化和微创治疗等方向发展。自90年代后期以来，世界生物材料发展迅速，即使在当今全球经济低迷的大环境下，生物材料依然保持着每年13%高速增长，充分体现了其强大的生命力和广阔的发展前景。 ● 【岛津应用对策】 岛津公司作为全球著名的分析仪器厂商，自1875年创业以来，始终坚持创始人岛津源藏的创业宗旨“以科学技术向社会做贡献”，.7不断钻研领先时代、满足社会需求的科学技术。 为了更好的服务于岛津XPS客户，岛津公司分析中心利用新型的 Axis Supra 型光电子谱仪，开展了新能源及生物行业多种材料的测试分析工作，包括能源电池材料、催化材料、碳材料、聚合物支架等等方面。本文集即是对这一工作的阶段性总结，供相关工作者参考。 岛津 AXIS Supra 型X射线光电子能谱仪 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心 目录 能源电池材料 Energy battery material XPS技术表征锂电池负极集流体 ● ·... 摘要：电极集流体是电极的重要组成部分，对电极起到支撑作用和电流分布作用，对集流体进行表面涂层改性后可以提高其抗腐蚀性能。本文采用 XPS 技术对改性后的集流体进行结构表征，并检测到元素价态、各元素相对含量等相关信息，并进一步对比高温处理过程对材料表面结构带来的变化。 XPS Technology Characterizing Lithium Battery Anode Current Collector Abstract： Electrode current collector is an important part of the electrode， which plays asupporting role and current distribution effect on the electrode. The surface coating modificationof the current collector can improve its corrosion resistance. In this paper， XPS technology wasused to characterize the modified current collector， and related information such as elementvalence state and relative content of each element was detected， and the changes brought aboutby the high temperature treatment process on the surface structure of the material were furthercompared. 岛津光电子能谱技术表征太阳能电池缓冲层结构· ...·/ 摘要：太阳能电池基底材料的结构对于整个电池的性能起着至关重要的作用，本文通过 XPS 以及氩离子深度剖析技术对太阳能电池氧化钼缓冲层结构进行表征，分别给出了元素化学状态及随深度变化的材料结构信息。 Shimadzu XPS Technique Characterizing Solar Cell Buffer Structure Abstract： The structure of solar cell substrate material plays an important role in the performanceof the whole battery. In this paper， the structure of molybdenum oxide buffer layer of solar cell ischaracterized by XPS and argon ion depth profiling technology， and the element chemical stateand the depth-changing material structure information of the material are given. 岛津 XPS&SPM 技术研究太阳能电池有机涂层材料 。...12 摘要：太阳能电池器件中各个纳米涂层的形貌及厚度对于光电转换效率起着至关重要的作用，本文采用 XPS 与 SPM 技术联用进行有机涂层结构表征和元素种类及各个元素价态检测。 Research on Solar Cell Organic Coating Materials by Shimadzu XPS&SPM Technology Abstract： The morphology and thickness of each nano-coating in solar cell devices play animportant role in the photoelectric conversion efficiency. This paper uses XPS and SPMtechnology for structural characterization of organic coatings and element type and valencedetection of each element. 岛津 XPS&SPM 技术表征太阳能电池阳极材料 摘要：第三代新观念研发的太阳能电池多采用透明导电玻璃作为阳极材料，来吸收太阳能，从而实现光电转换。本文采用 XPS与 SPM 技术联用进行导电玻璃涂层形貌结构及电性能表征，并检测涂层各元素化学态及功函数等信息。 Characterization of solar cell anode materials by Shimadzu XPS&SPM technology Abstract： The third generation of new concept solar cells developed mostly use transparentconductive glass as the anode material to absorb solar energy， thus achieving photoelectricconversion. In this paper， XPS and SPM technology are used to characterize the morphology andelectrical properties of conductive glass coatings， and to detect the element chemical state andwork function of the coating. ● XPS-SPM 联用表征电电池隔膜材料·· .·24 摘要：锂电池隔膜材料表面氧化铝涂层的物理化学结构对于锂电池的性能起着至关重要的作用，本文采用 XPS 与 SPM 技术联用进行氧化铝涂层结构表征，检测到各元素化学态以及涂层的孔结构大小等相关信息。 XPS-SPM Combined Characterizing Lithium Battery Separator Material 催化材料 Catalytic material 岛津XPS技术表征 BiOX 光催化材料··· ·.30 摘要：本文介绍了X射线光电子能谱技术在 BiOX 材料中的表征应用，分别对金属元素及有机元素进行化学态分析、半定量分析，可辅助判断材料结构。 Characterization of BiOX Photocatalytic Materials by Shimadzu XPS Technology Abstract： This paperintroduces the characterization of X-ray photoelectron spectroscopy in BiOXmaterials. The chemical analysis and semi-quantitative analysis of metal elements and organicelements can help determine the structure of materials. 碳材料及其他材料Carbon materials and other materials 岛津XPS技术在纤维材料中的应用·.... ·....38 摘要：纤维材料在工业生产中有着广泛的应用，纤维材料的改性技术是与新型纤维材料的开发及产业应用同步发展的。结合纤维材料结构的独特性，本文介绍了X射线光电子能谱技术在聚对苯撑苯并二噁唑纤维 (PBO) 改性中的表征应用，对纤维材料进行元素化学态分析、半定量分析，可辅助判断材料结构。 Application of Shimadzu XPS Technology in Fiber Materials Abstract： Fiber materials have a wide range of applications in industrial production. Themodification technology of fiber materials is developed in parallel with the development andindustrial application of new fiber materials. Combined with the uniqueness of fiber structure，this paper introduces the characterization of X-ray photoelectron spectroscopy in themodification of polyphenylene benzobisoxazole fiber (PBO). The elemental chemical stateanalysis and semi-quantitative analysis of the fiber material were conducted， which can assist injudging the material structure. XPS技术表征苯基金属膦酸盐纳米材料·...... ·.42 Characterization of Phenyl Metal Phosphonate Nanomaterials by XPS Technology Abstract： This paper introduces the characterization of X-ray photoelectron spectroscopy in twophenylnmetalphosphonatenanomaterials (zinc diphenylphosphinate ancd(cobaltdiphenylphosphonate). Respectively chemical state analysis and semi-quantitative analysis ofmetal and organic elements were conducted， which can help determine the structure of thematerial. 岛津高能 Ag 靶在 GaN 半导体材料表征中的应用…· ....48 摘要：本文分别采用单色Al靶、单色 Ag靶、双阳极 Mg靶作为X射线源表征 GaN 半导体材料，可以得到三种靶材时的各元素精细谱结果，单色Ag靶作为激发源时可以使 Ga LMM 俄歇峰与 N 1s 主峰有效分离，得到准确的化学态分析结果。 Application of Shimadzu High Energy Ag Anode in Characterization of GaN SemiconductorMaterials Abstract： In this paper， a monochromatic Al anode， a monochromatic Ag anode， and a dual-anodeMg anode are used as X-ray sources to characterize GaN semiconductor materials. The finespectrum results of each element can be obtained when three anodes are used. When amonochromatic Ag anode is used as an excitation source， The Ga LMM Auger peak can beeffectively separated from the N 1s main peak to obtain an accurate chemical analysis result. 岛津XPS技术表征磁性材料· ··55 摘要：磁透镜是现代X射线光电子能谱仪 (XPS)的关键部件，但在对磁性样品进行分析时，样品的磁性可能会干扰光电子的运动轨迹。本文选用了两种不同性状的磁性材料，提出了在对磁性材料进行分析时的注意事项，并对磁性材料表面的元素及化学态组成进行了分析。 Shimadzu XPS Technology Characterizing Magnetic Materials Abstract： Magnetic lens is a key component of modern X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)，but when analyzing magnetic samples， the magnetic properties of the sample may interfere withthe trajectories of photoelectrons. In this paper， two kinds of magnetic materials with differenttraits were selected. The precautions for the analysis of magnetic materials were proposed. Theelements and chemical compositions on the surface of magnetic materials were analyzed.

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