Determination of binding energies in high purity 2H graphite using XPS

Guadalupe Alan Castillo Rodríguez^1,*

1 Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME), Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Av. Universidad S/N, Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza, México C.P. 66450; alan.castillo@uanl.mx(G.A.C.R.)

* Correspondencia: alan.castillo@uanl.mx

https://doi.org/10.59335/wpof5141

Summary

This study focuses on the detailed characterization of graphite, employing techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy (SEM-EDS). Graphite, a crucial material for engineering applications and advanced technologies, was analyzed in its pure state as provided by the manufacturer, without any pretreatment. XPS analysis revealed a spectrum dominated by carbon, with binding energies confirming the expected electronic structure and the presence of surface functional groups, including oxygen, silicon, and phosphorus. Although these impurities were identified, they do not appear to have affected the binding energies of the primary carbon, suggesting that their influence is confined to the surface properties and does not extend to the internal electronic structure of the graphite. XRD corroborated the high structural purity and detected a secondary SiP2O7 phase in minimal quantities. These findings validate the high quality of the graphite and provide critical information for the scientific community, establishing a benchmark for comparisons in future studies and developments of materials. This work underscores the value of combining XPS, XRD, and SEM-EDS for the thorough characterization of carbonbased materials.

Resumen

Este estudio se centra en la caracterización detallada del grafito, utilizando técnicas de espectros-copía de fotoelectrones de rayos X (XPS), difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido con espectroscopía de dispersión de energía (MEB-EDS). El grafito, un material esencial en aplicaciones de ingeniería y tecnología avanzada, fue analizado en su estado puro tal como se re-cibió del fabricante, sin tratamientos previos. Los análisis de XPS revelaron un espectro dominado por carbono, con energías de enlace que confirmaban la estructura electrónica esperada y la pre-sencia de grupos funcionales superficiales que incluían oxígeno, silicio y fósforo. Aunque se identificaron estas impurezas, no parecen haber afectado las energías de enlace del carbono principal, lo que indica que su influencia se limita a las propiedades superficiales y no a la estructura electrónica interna del grafito. La DRX corroboró la alta pureza estructural y detectó una fase secundaria de SiP2O7 en una cantidad mínima. Estos hallazgos validan la alta calidad del grafito y proporcionan información esencial para la comunidad científica, estableciendo un punto de referencia para la comparación en futuros estudios y desarrollos de materiales. Este trabajo resalta el valor de la combinación de XPS, DRX y MEB-EDS en la caracterización minuciosa de materiales a base de carbono.

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