X-ray Photoelectron Spectroscopy

X-ray Photoelectron Spectroscopy（XPS，X射線光電子光譜），是一種表面敏感性的元素分析與化學狀態鑑定技術，廣泛應用於材料科學、化學、生醫、能源與半導體等領域。

• XPS 的基本原理：

當X射線照射到樣品表面時，樣品中的原子會因光電效應釋出核心層電子（photoelectrons）。這些電子的動能（kinetic energy）與照射光子能量（X-ray）之間的差值，就對應到該原子的束縛能（binding energy）。

藉由量測這些釋出的光電子的動能，就能計算出對應原子的束縛能，進而判斷其元素、化學狀態與表面組成。

• XPS 能提供的資訊:

  1. 元素分析：能辨識樣品中幾乎所有元素（除H與He之外），根據每個元素特定的核心能階束縛能（如C 1s, O 1s, Pt 4f)。

  2. 化學狀態（氧化態）鑑定：相同元素的不同氧化態會造成束縛能位移(chemical shift)，例如：Fe²⁺ vs Fe³⁺、Pt⁰ vs Pt²⁺ vs Pt⁴⁺，可用來研究催化劑、腐蝕、電極材料的化學變化。

  3. 化學鍵與鍵結環境：可解析C–C、C–O、C=O、O–H 等化學鍵，在有機材料、碳材料、聚合物分析中特別有用。

  4.  表面組成比例（原子濃度）：XPS具有半定量能力，可推算表面元素的相對比例，適合用於研究材料表面修飾、鍍膜厚度變化等。

  5. 表面敏感性（探測深度淺）：探測深度僅約 5~10 nm，非常適合用於分析奈米材料、薄膜。

• 常見應用範例：

  1. 催化劑氧化態分析（如Pt⁰ vs Pt²⁺）：追蹤活性金屬在反應前後的變化。

  2. 電池材料分析：觀察SEI層的Li化合物組成（如Li₂CO₃, LiF）。

  3. 碳材料修飾分析：確認C–O/C=O官能基是否形成。