紫外光电子能谱（UPS，Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）是一种基于光电效应原理，利用紫外光激发物质表面原子或分子的价电子，通过探测光电子的动能分布来研究物质电子结构的表面分析技术。它主要用于分析材料的价带结构、功函数、表面态等信息，在材料科学、物理学、化学、半导体等领域应用广泛。
UPS 的基本原理
光电效应基础
当能量为hν的紫外光照射到样品表面时，样品中的电子吸收光子能量后，若克服束缚能（结合能Eb）逸出表面，成为光电子，其动能Ek满足：hν=Eb+Ek +ϕ仪。
其中，ϕ仪为仪器的功函数（可校准）。通过测量光电子的动能Ek，可推导出电子的结合能Eb，进而分析电子所处的能级状态。
能量范围
紫外光的能量通常在10~40 eV（如氦灯：He I 线为 21.2 eV，He II 线为 40.8 eV），仅能激发原子或分子中的价电子（结合能较低），因此 UPS 主要用于研究价带结构，而无法探测内层电子（需 X 射线光电子能谱 XPS）。
UPS 的主要应用
价带结构分析
直接测定材料价带的电子态密度分布，反映价电子的能量分布和化学键特征，常用于研究半导体、催化剂、金属等的电子结构。
功函数测量
材料的功函数（ϕ）是电子从费米能级逸出表面所需的最小能量，UPS 可通过分析光电子动能谱的截止边（低动能端）精确测定功函数，对研究表面导电性、接触电势等至关重要。
表面态与吸附研究
探测材料表面的吸附物种（如气体分子）引起的价电子能级变化，分析吸附键的性质及表面反应机理。
薄膜与界面分析
研究薄膜材料的电子结构随厚度的变化，以及异质结界面处的电子态耦合情况。
UPS 与 XPS 的区别
实验特点
表面敏感性：仅探测表面几层原子（约 1~10 nm），需在超高真空（UHV，通常
高能量分辨率：能量分辨率可达几到几十毫电子伏（meV），适合精细的价带结构分析。
无损分析：对样品的损伤较小（紫外光能量较低）
总结
UPS 是研究材料价电子结构和表面电子性质的强大工具，与 XPS 互补，共同构成了表面分析技术的重要组成部分。在中南大学等高校的材料、物理、化学等学院的大型仪器平台中，常配备 UPS 设备（如 Thermo Scientific、SPECS 等品牌），用于支持相关科研与测试需求。
本文源自微信公众号：科研测试站
原文标题：《紫外光电子能谱UPS基本原理、测试要求及与XPS的异同点大全》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/RVMAtMDZW7HL9EPMn2oEGw
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