用X射線光電子能譜儀(XPS) 對TiZrV 合金吸氣劑的激活過程進(jìn)行了監(jiān)測,研究了吸氣劑表面Ti 、Zr、V、O、C元素的化學(xué)價(jià)態(tài)隨溫度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:暴露過大氣的TiZrV 吸氣劑表面的Ti 、Zr 和V 主要以氧化態(tài)的形態(tài)存在。當(dāng)吸氣劑置于高真空激活時(shí),釩的氧化物在較低的溫度(250 ℃～300 ℃) 開始被還原,鈦的氧化物在稍高于釩的溫度(300℃) 也開始被還原,400℃時(shí)表面已經(jīng)有大量的金屬鈦的存在,而Zr 的氧化物在(100 ℃～400 ℃) 激活過程中,則沒有明顯的變化。

        圖1 所示為不同激活溫度下的Ti2 p 圖譜,以Ti2 p3/ 2為特征峰,按照Shirley 法減去背景常數(shù)后,

圖1 　TiZrV 吸氣劑激活過程中的各個(gè)Ti2 p XPS 演變

Ti2 p 峰可以分解為幾個(gè)不同的峰,這些峰對應(yīng)著Ti不同價(jià)態(tài)的氧化物,Ti4 + 對應(yīng)的結(jié)合能為458.8eV～458.4eV ,Ti2 + 對應(yīng)的結(jié)合能為455.2eV～455eV ,而Ti 金屬態(tài)對應(yīng)的結(jié)合能為454eV。由圖1 可以看出,在250 ℃時(shí),TiZrV 合金的表面Ti 大部分還是以TiO2 的形態(tài)存在,隨著溫度的升高,TiO2 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)門iO ,溫度再升高時(shí),TiO 轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賂i ,當(dāng)溫度升至400 ℃的過程中,金屬Ti 的峰面積不斷增大,表明TiZrV 吸氣劑的表面Ti 的含量在不斷增加。

圖2 TiZrV 薄膜吸氣劑激活過程中的各個(gè)Ti2 p XPS 演變

        圖2 為TiZrV 吸氣劑薄膜的不同激活溫度下的Ti2 p 圖譜,從圖中可以看出,200 ℃時(shí)就已經(jīng)有大量的Ti 被還原,基本上與TiZrV 塊體的400 ℃激活效果相當(dāng),當(dāng)激活溫度為240 ℃時(shí),表面的氧化態(tài)的Ti基本上已經(jīng)消失。由此可以看出,TiZrV 薄膜在相對較低溫度就能去除掉Ti 的氧化膜。

        圖3 為不同激活溫度下的V2 p 譜,以V2 p3/ 2為特征峰,圖中呈現(xiàn)出幾個(gè)基本峰,分別對應(yīng)于不同的Vn + 離子態(tài),V4 + 對應(yīng)的結(jié)合能為515eV～514.7eV ,V1 + 對應(yīng)的結(jié)合能為513.5eV～513eV ,而V 金屬態(tài)對應(yīng)的結(jié)合能為512.5eV～512.2eV。由圖可知:隨著溫度的升高,峰值中心結(jié)合能向低能方向移動(dòng),且其面積不斷增大,表明峰值中心的結(jié)合能所對應(yīng)價(jià)態(tài)的氧化釩所占的比例增大,而其他價(jià)態(tài)的氧化釩所占的比重減小。

        在溫度為250 ℃時(shí),樣品的V2 p3/ 2峰值中心處的結(jié)合能為51617eV ,說明元素釩在表面主要以VO2形式為主,釩在表面被氧化得很嚴(yán)重,但在結(jié)合能為513.1eV 位置還出現(xiàn)了一個(gè)峰,對應(yīng)于V ,可見釩此溫度下已經(jīng)開始了還原過程。隨著溫度的升高和時(shí)間的延長,當(dāng)溫度為350 ℃左右時(shí),低能區(qū)V2 p 峰的

圖3 　TiZrV 吸氣劑激活過程中的各個(gè)V2 p XPS 演變

        中心結(jié)合能為512.8eV ,說明絕大部分釩的氧化物均被還原到V2O 和金屬態(tài)V 的混合物,當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到400 ℃時(shí),金屬態(tài)的V 對應(yīng)的峰的面積增大,代表其相對含量增多。

圖4 TiZrV 吸氣劑薄膜激活過程中的各個(gè)V2 p XPS 演變