57、高分辨率电子能量损失光谱技术解析

高分辨率电子能量损失光谱技术解析

1. 引言

在用于化学分析的振动光谱领域，电子能量损失光谱（EELS）主要应用于超高真空（UHV）条件下的固体表面、单分子层和薄膜研究。自20世纪20年代起，电子能量损失技术就已应用于气相原子和分子研究，主要用于电子激发研究，同时也具备观察振动精细结构的分辨率。为区分纯振动激发的高分辨率（2 - 10 meV）测量与其他电子能量损失激发应用，出现了不同的缩写，如HREELS（高分辨率电子能量损失光谱）和VEELS（振动电子能量损失光谱），其中VEELS是国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）推荐的缩写，但EELS仍是最常用的。

1967年，EELS首次应用于固体表面，展示了其以高灵敏度测量原子或小分子单分子层振动光谱的能力，但分辨率相对较差（约100 cm⁻¹）。随着仪器设计的改进和商业UHV仪器的出现，能够常规实现5 meV（40 cm⁻¹）的分辨率，在20世纪70年代和80年代，EELS作为一种表面科学技术受到了广泛关注。这主要是因为当时缺乏有力的竞争对手，红外（IR）光谱直到20世纪80年代末才在整个中红外范围内达到应用于各种单分子层材料所需的常规灵敏度，而拉曼光谱除非在表面增强拉曼光谱（SERS）的特殊条件下，否则很难应用于小分子单分子层。目前，EELS仍然是表面科学中广泛使用的方法，其应用也在不断随着光谱仪性能的提升而拓展。虽然该技术的优势在单晶表面和有序单分子层实验中才能得到充分体现，但它在更具实际意义的表面，如聚合物薄膜的应用也越来越多。

2. 仪器设备

电子能量损失光谱仪必须安装在UHV腔室中，其基本组成部分包括：
- 电子枪：通过热阴极热离子发射电子，电子经过一系列电极进行加速、减速和聚焦。 <