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Recommended strategies for quantifying oxygen vacancies with X-ray photoelectron spectroscopy

X射线光电子能谱 材料科学 价(化学) 氧气 结合能 光电效应 化学物理 分析化学(期刊) 原子物理学 核磁共振 化学 光电子学 物理 色谱法 有机化学
作者
Jiayue Wang,David N. Mueller,Ethan J. Crumlin
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier BV]
卷期号:44 (15): 116709-116709 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116709
摘要

Oxygen vacancies play a crucial role in shaping the properties of metal oxides for diverse applications such as catalysis, ferroelectricity, magnetism, and superconductivity. Although X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is a robust tool, accurate quantification of oxygen vacancies remains a challenge. A common mistake in XPS analysis is associating the 531–532 eV feature in O 1s spectra with oxygen vacancies. This is incorrect because a vacant oxygen site does not emit photoelectrons and therefore does not generate a direct XPS spectral feature. To address this issue, we propose three alternative approaches for oxygen vacancy analysis with XPS through indirect features: (1) quantifying cation valence state variations, (2) assessing oxygen nonstoichiometry via normalized oxygen spectral intensity, and (3) evaluating Fermi energy changes from electrostatic shifts in the binding energy. The recommended strategies will facilitate precise XPS analysis of oxygen vacancies, promoting future studies in understanding and manipulating oxygen vacancies for advanced material development.
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