Дифракция медленных электроно для изучения поверхности

Для изучения поверхности электродов и явлений адсорбции используют оптические методы. Часть этих методов предназначена для исследования поверхностного слоя электродов, погруженных в раствор электролита и включенных в электрохимическую цепь. Таким образом получается информация о состоянии границы раздела фаз при заданном составе раствора и заданном потенциале электрода. К этим методам относятся эллипсометрический метод, а также методы обычного зеркального и неполного внутреннего отражения. Другая часть оптических методов изучения поверхности электродов требует удаления их из раствора, просушки и последующего исследования в глубоком вакууме. К этим методам относятся дифракция медленных электронов, Оже-спектроскопия, фотоэлектронная спектроскопия (рентгеновский микроанализ), сканирующая электронная микроскопия и некоторые другие методы. Эти методы дают информацию о микроструктуре поверхности твердых электродов, о химическом составе поверхностного слоя, изменение которого могло произойти в результате необратимой адсорбции тех или иных компонентов раствора, о составе и структуре возникших на поверхности окисных пленок. Однако для изучения обратимых адсорбционных явлений на электродах эти методы не подходят. [c.80]

Для дальнейшего развития представлений о строении границы раздела электрод — ионная система и о кинетике процессов на этой границе необходимо усовершенствование существующих и разработка новых экспериментальных методов, более широкое применение современной электронно-вычислительной техники. Уже достигнут существенный прогресс в автоматизации электрохимических измерений и развитии разнообразных импульсных методов, позволяющих, в частности, изучать явления, которые протекают за времена порядка 10 с и менее (импульсные гальваностатические методы, метод высокочастотной рефлектометрии и др.). Далеко не исчерпаны возможности метода фотоэмиссии электронов из металла в раствор. Большой интерес представляют оптические методы изучения состояния поверхности электродов, а также воздействие на границу электрод — раствор лазерными импульсами различной длительности и частоты. Ценным дополнением к существующим методам электрохимической кинетики может служить метод изучения фарадеевских шумов — чрезвычайно слабых флуктуаций потенциала или тока, сопровождающих протекание всех электродных процессов и вызванных дискретным характером переноса электронов через границу фаз, дискретностью диффузионного потока и т. д. Использование электродов в виде очень тонких проволок или пленок, напыленных в вакууме на инертные подложки, позволяет делать выводы об адсорбционных явлениях по изменению сопротивления этих электродов. Для изучения состояния поверхности электродов и кинетики электродных процессов еще недостаточно используются такие мощные современные методы, как ЯМР, ЭПР, дифракция медленных электронов и т. п. Новые методы предварительно проверяются на ртутном электроде, на котором строение двойного слоя и кинетика многих электродных процессов исследованы с количественной стороны. По-прежнему актуальна проблема разработки методов очистки исследуемых растворов от посторонних примесей и приготовления чистых электродных поверхностей. [c.391]

При изучении разнообразных коллоидно-химических объектов широко используют методы сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Отметим перспективную методику приготовления реплик быстро замороженных образцов золей, позволяющую фиксировать во вра ени изучаемую картину. В исследованиях строения поверхности эффективно применяют такие современные физические методы, как Оже-спектроскопию, дифракцию медленных электронов, масс-спектрометрию вторичных ионов и др. [c.208]

Метод дифракции медленных электронов (ДМЭ) в основном применяют для изучения структуры поверхности. Однако определить струк-т ру поверхности не всегда легко, даже если известно, какая кристал- и)1 рафическая плоскость образует исследуемую грань кристалла. Дело в том, что картина ДМЭ ие просто повторяет картину структуры поверхности. Дифрактограмма скорее соответствует обратно решетке, т. е. иа ней отображаются только повторяющиеся расстояния и разл Ч-иые углы между ними. Обычно одной и той же картине ДМЭ отвечает [c.229]

Разработано несколько важных методов изучения поверхностей в сверхвысоком вакууме. Один из самых прямых методов —дифракция медленных электронов. Электроны с энергиями от 10 до 200 эв обладают очень низкой проникающей способностью, а их длины волн имеют тот же порядок, что и межатомные расстояния в металле, поэтому они дифрагируют на решетке, образованной атомами поверхностного слоя. Дифракция электронов, которую наблюдают на флуоресцирующем экране, указывает расположение атомов в поверхностных слоях. Дифракционная картина чистой поверхности характеризует верхние слои кристалла, а адсорбция газа на поверхности вызывает соответствующие изменения в этой картине. Получаемую в этом случае дифракционную картину можно расшифровать, учитывая, что она относится к двумерной решетке. При применении метода дифракции медленных электронов было установлено, что в одних веществах расположение атомов на чистой поверхности точно такое же, как и в объеме, а в других веществах в двух или трех верхних слоях имеет место сложная деформация связей и смещение атомов как по поверхности, так и в перпендикулярном ей направлении. [c.186]

В настоящее время известно много методов изучения поверхности в сверхвысоком вакууме [5—7]. Один из самых прямых методов — дифракция медленных электронов. Электроны с энергиями 10—200 эВ обладают очень низкой проникающей способностью, и их длины волн имеют тот же порядок, что и межатомные расстояния в металле, поэтому они дифрагируют на решетке, образованной атомами поверхностного слоя. Дифракция электронов на флуоресцирующем экране указывает расположение атомов в поверхностных слоях. [c.446]

Эффективным методом исследования поверхности является дифракция медленных электронов, которые интенсивно рассеиваются на поверхностных атомах и не проникают в объем кристалла. Имеется много данных, полученных методом, основанным на облучении кристалла вакуумным УФ- и мягким рентгеновским излучением. Такое облучение возбуждает атомы поверхности, и спектр электронов, испускаемых при релаксационных процессах, позволяет получить информацию о структуре поверхностного слоя. Благодаря этим и аналогичным методам в последние годы достигнут существенный прогресс в изучении химических процессов, протекающих на поверхности. [c.37]

Для изучения природы активных центров и образующихся при хемосорбции аддуктов широко используют спектральные методы. Кроме ИК- и УФ-спектроскопии применяют электронный парамагнитный резонанс, дифракцию медленных электронов, фотоэлектронную спектроскопию и другие методы. С помощью этих методов исследования постепенно достигается лучшее понимание природы элементарных актов на поверхности катализатора и механизма реакций в целом, хотя в этом отнощении гетерогенный катализ еще сильно отстает от гомогенного. Рассмотрим механизмы хемосорбции и активирования некоторых реагентов на поверхности переходных металлов и их оксидов. [c.283]

Применение медленных электронов эффективно для изучения поверхности в связи с малой длиной свободного пробега и подходящей для дифракции длины волны. Следует иметь в виду полезное соотнощение между длиной волны электрона и его энергией согласно уравнению де Бройля [c.41]

Дифракция медленных электронов от поверхности кристалла дает прямой метод изучения кристаллической поверхности совершенно чистой или с незначительным количеством примесей. Кроме того, этим методом, по-видимому, можно получить более подробные и точные данные о новерхности, чем любым другим. Преимущества подобных исследований известны уже более тридцати лет, и все же, несмотря на важность выяснения свойств чистых кристаллических поверхностей, а также эффективности самого метода, число работ, проведенных до настоящего времени в этой области, сравнительно невелико. Только Фарнсворт и его сотрудники [1] изучали чистые и почти чистые кристаллические поверхности с помощью дифракции электронов. Достижения этой небольшой группы исследователей можно, несомненно, признать значительными. [c.112]

Важным методом изучения поверхностного слоя твердых тел является метод дифракции электронов. С помощью дифракции медленных электронов можно исследовать область твердого тела толщиной всего в несколько десятков ангстрем, т. е. получать дифракционные картины в основном поверхностного слоя [12, 13]. Этим методом показано, например, что на молекулярном уровне шлифовка приводит прежде всего к механическому истиранию поверхности без глубокого изменения ее кристаллической структуры, тогда как в результате полировки поверхности образуется довольно глубокий и практически аморфный слой, обычно называемый слоем Бейльби. Бснльби обнаружил, что такие слои под микроскопом выглядят аморфными и в целом напоминают пленки вязких жидкостей — они не только равномерно покрывают поверхность, но и затекают в разного рода неровности, например трещины и царапины [14, 15]. Позднее Райзер [16] пришел к выводу, что слои Бейльби фактически являются микрокристаллическими, но размер этих микрокристаллов так мал, что получаемая интерференционная картина близка к картине, наблюдаемой для аморфного материала. [c.202]

Наиболее быстро прогрессирующим разделом электрохимии в настоящее время является учение о кинетике и механизме электрохимических процессов. Развитие квантовой электрохимии позволило существенно прояснить проблему природы элементарного акта переноса заряда и подойти с единой точки зрения к реакциям переноса заряда в объеме раствора и на границе фаз. Своеобразие электрохимических процессов на границе электрод — раствор определяется их реализацией в области пространственного разделения зарядов, условно называемой двойным электрическим слоем. Теоретические и экспериментальные исследования строения двойного слоя составляют важный раздел современной электрохимии, новый этап в развитии которого ознаменован разработкой молекулярных моделей двойного слоя, применением прямых оптических методов in situ и мощных современных физических методов изучения поверхности ех situ (дифракция медленных электронов, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, Оже-спектроскопия и др.), использованием в качестве электродов граней монокристаллов. [c.285]

Формула де Бройля (III.4а) показывает, что условию коротких волн (III.1) удовлетворяют как медленные электроны с энергиями порядка нескольких электронвольт, так и быстрые электроны, энергия которых составляет сотни и миллионы электрон-вольт. Метод дифракции медленных электронов позволяет иссде— довать структуру нескольких атомных слоев на поверхности твердого тела. Быстрые электроны используются в обычной электронографии для изучения тонких пленок и поверхностных слоев, в 100 А и более. [c.73]

В настоящее время для изучения физики поверхности твердых тел пшроко используется метод дифракции медленных электронов (ДМЭ), фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), метод дифракции отраженных электронов высокой энергии (ДОЭВЭ) и Оже-спектроскопия. [c.687]

В настоящее время метод дифракции медленных электронов (ДМЭ) относится к наиболее и1ироко применяемым методам исследования физики поверхности. Этот метод аналогичен дифракции рентгеновских лучей, но глубина проникновения медленных электронов в изучаемое твердое тело гораздо меньше, чем рентгеновских лучей. При энергии электронов от 250 до 300 эВ (1 эВ —1,602-10 Дж) основной вклад в формирование дифракционной картины вносят только первые 2—3 слоя атомов твердого тела. Поэтому данный метод особенно пригоден для изучения чистых поверхностей и адсорбционных систем. [c.38]

Бомбардировка электронами — очень полезный метод изучения поверхности, поскольку энергию электронов, а стало быть, и длину волны можно с большой точностью устанавливать, регулируя ускоряющее напряжение. При малых энергиях, около 25 эВ, длина волны электронов близка к межатомным расстояниям в металлах. Поэтому пучок таких электронов, отраженных металлической поверхностью, дает дифракционную картину. Таким образом дифракция медленных электронов (LEED) при определении межатомных расстояний и валентных углов на поверхности может играть ту же роль, что и рентгеноструктурный анализ в структурной химии твердых тел. Этот метод дает сведения об атомной структуре чистых поверхностей, а также о закономерностях в расположении на поверхности адсорбированных атомов и молекул. [c.237]

Изучение структуры поверхности проводится главным образом методом дифракции медленных электронов (ДМЭ). Дифракция электронов высокой энергии под малыми углами в основном применяется при исследовании топографии поверхности или природы посторонних сверхслоев. [c.401]

А12О3 сильное электрическое поле около поверхности взаимодействует с большим квадрупольпым моментом АР и расширяет сигнал АР ниже пределов его обнаружения. Ту же роль играют адсорбированные ионы переходных металлов. Таким образом, поверхностные атомы А1 несут повышенные, по сравнению с объемом, эффективные заряды. Изучение методом дифракции медленных электронов адсорбции кислорода и иода на кремнии [145, 146] показало, что расстояния 81—О и 81—I в поверхностном слое существенно больше суммы ковалентных радиусов Гд. -Ь и Гд. + и близки к сумме соответствующих ионных радиусов. Очевидно, и в этом случае е поверхностных атомов больше, чем объемных. К выводу о высоких эффективных зарядах поверхностных атомов приводит общее соображение [c.41]

Возможность применения метода дифракции медленных электронов (ДМЭ) для изучения поверхностных явлений связана с малой проникающей способностью электронов при энергиях от нескольких электронвольт до сотен электронвольт и с тем фактом, что длина электронной волны (150/В) /2 оказалась подходящей для дифракции на кристаллических решетках твердых веществ. Показано, что для электронов с энергиями не выше 250—300 эВ заметный вклад в образование дифракционной картины вносят только два и.ти три верхних слоя атомов поверхности, причем основной вклад приходится на первый монослой. Из-за малой проникающей способности электронов дифракционная картина по многим характеристикам больше похожа на картину дифракции света от двумерной решетки, чем на дифракцию рентгеновских лучей от трехмерной решетки криста.тлов. Чтобы оценить эти различия, целесообразно сравнить дифракционные картины рентгеновских лучей и ДМЭ. Для получения лауэграмм используют узкий пучок белого рентгеновского излучения, перпендикулярно падающий на монокристалл. От непрозрачного кристалла и рентгеновские лучи и медленные электроны отражаются и появляются с той же стороны криста.тла, откуда падает исходный пучок. Серии брэгговских отражений от разных рядов плоскостей в кристалле образуют дифракционную картину. Эти отражения можно получить в виде маленьких точек на фотопленке, помещенной на расстоянии неско.тьких сантиметров от кристалла нернендикулярно падающему лучу. Каждая точка соответствует брэгговскому отражению от одного ряда атомных плоскостей при одной д.тине во.тны. При несколько отличной длине волны эти плоскости не дадут отражения. Разные наборы плоскостей удовлетворяют уравнению Брэгга при различных длинах волн. Именно поэтому падающий пучок должен состоять из волн разной длины и представлять белое излучение. При применении ДМЭ благодаря преобладающему эффекту двумерной решетки [c.263]

В работах [388, 393] для объяснения полученных данных привлекаются оба фактора. Авторами исследована адсорбция сероводорода на грани (100) платины [393]. Заполнение поверхности серой подчиняется кинетике Ленгмюра. Уменьшение работы выхода электрона при адсорбции серы до насыщения поверхности и аналогия со свойствами Р152 дает основание предположить, что сера с платиной образуют ковалентную связь, о чем говорилось в работе [351]. Метод дифракции медленных электронов показывает на отталкивательное взаимодействие между атомами серы, осуществляемое косвенно через платиновую подложку. Высоковакуумное изучение грани (100) платины позволило идентифицировать три различных механизма отравления серой (рис. 35) [388, 393] 1) когда поверхность покрыта одним атомом серы на два поверхностных атома платины, контакт химически инертен 2) при более низком покрытии химические свойства поверхности платины модифицированы сильной химической связью с серой, что ослабляет взаимодействие платины с адсорбатами [c.143]

Дифракция медленных электронов. Дифракция низкоэнергети-ческиХ электронов является очень удобным методом изучения характера упорядочения адсорбированных на поверхности атомов в пределах одного монослоя на какой-либо грани монокристалла металла [60—62]. Этот метод позволяет сравнить структуру адсорбированного слоя со структурой субстрата. В гл. 3 мы увидим, какие результаты были получены Доманжем и Ударом [63] этим методом при исследовании структуры адсорбированного слоя атомов серы на гранях с низкими индексами монокристалла меди. [c.80]

Одним из наиболее ранних и наиболее широко используемых методов анализа поверхности является оценка хемосорбционной емкости адсорбента. Трепнел [19] показал, что количество водорода, хемосорбированного при температуре жидкого воздуха, представляется вполне удовлетворительным критерием оценки стенени чистоты поверхностей ряда металлов. Робертс и Сайкс [20] использовали, но существу, тот же самый критерий для оценки чистоты поверхности порошка никеля. В другом методе, позволяющем обнаруживать поверхностные загрязнения, составляющие незначительные доли монослоя поверхности, используется дифракция медленных электронов [21—24]. Ряд методов основан на изучении автоэлектронной эмиссии или ионизации иод действием электрического поля таких газов, как гелий [25, 26], фотоэффекта [27], работы выхода вторичных электронов [28], работы выхода электронов Оже [29]. Кроме того, изучение самой каталитичес1 ой активности твердого тела может служить для оценки степени чистоты его поверхности. При ознакомлении с дальнейшими разделами книги для пас будет все более очевидным, что каталитические свойства пленок, полученных испарением металлов, зависят от чистоты их поверхности. Робертс показал [30, 31], что низкотемпературное каталитическое разложение этана на пленках из родия и иридия в значительной стенени ингибируется в присутствии адсорбированного кислорода или окиси углерода. [c.69]

Объем и надежность фактических данных по хемосорбции определяется в первую очередь спецификой и чувствительностью используемых методов исследования и притом главным образом новых физических методов. К сожалению, каждый из них дает представление только об одной или немногих особенностях хемосорбционных соединений. Так, например, дифракция медленных электронов дает прямые сведения о структуре поверхностного слоя оголенных массивных твердых тел (преимущественно монокристаллов), о расположении на поверхности и о кристаллохимии атомов и небольших прочных молекул (при заполнениях до 0 = 1). Электронные проекторы позволяют измерять работы выхода электронов из отдельных граней, последовательность их заполнения газом, знаки и величины заряда хемосорбированных частиц по их влиянию на работу выхода. Данные оза-ряженности хемосорбированных частиц дает также измерение контактных разностей потенциалов. Инфракрасные спектры позволяют обнаруживать некоторые характерные группы поверхности твердого тела (например, ОН-группы) и присутствие отдельных групп и типов химических связей в хемосорбционном слое. Электронный парамагнитный резонанс используется для обнаружения в твердом теле и на его поверхности (в том числе в двумерных хемосорбционных соединениях) радикальных форм с неспаренными электронами, для изучения степени локализации и окружения этих электронов . [c.15]

Столь же неожиданные выводы, как и нри изучении никеля, были сделаны также в недавних работах с другими поверхностями, в особенности с поверхностями простейших полупроводников — кремния и германия [456, 467, 468]. Показано, например, что на поверхности монокристаллов кремния и германия имеется поверхностная реигетка, которая отличается от решетки лежащего под ней материала. Более того, было найдено [456], что весьма часто на таких новерхностях встречаются упорядоченные структуры, двумерные сверхструктуры , происходят реконструктивные фазовые переходы первого порядка и наблюдаются явления упорядочения. Но в целом вся область дифракции медленных электронов находится еще в эмбриональном состоянии, и увлекательнейшие эксперименты еще ждут своего осуществления [447]. За редким исключением [465] еще не было выполнено исследований, ставящих своей целью проверить, что произойдет с поверхностью [c.140]

Из экспериментальных результатов по адсорбции на кристаллических поверхностях следует в первую очередь отметить работы Джермера [2—5] и Фансверса [6—10] с сотрудниками. Методом дифракции медленных электронов авторы определили расположение адсорбированных частиц на различных поверхностях монокристаллов N1. Изучение адсорбции кислорода на грани (100) Ni по.казало [4], что первые адсорбированные атомы кислорода расположены вдоль узких полос, параллельных направлениям типа [011]. При увеличении времени т выдержки образца (т = 30- Ю сек.), необходимого для образования по-луслоя адсорбированных частиц (один атом кислорода на че- [c.208]

Механизм взаимодействия радикалов СН3 с окисленной поверхностью Мо(ЮО) был изучен методами ДМЭ (дифракция медленных электронов) и СПЭЭВР (спектроскопия потерь энергии электронов высокого разрешения) [120]. Были обнаружены на поверхности группы М0-СН3, а не М0-О-СН3 [c.52]