什么！台式XAFS不是同步辐射？

说明：本文华算科技主要介绍了台式XAFS技术，它摆脱了对大型同步辐射光源的依赖，可在普通实验室实现X射线吸收精细结构分析。对比了其与传统同步辐射XAFS的优势（体积小巧、操作简便、成本低、应用灵活），并通过具体案例展示了其如何结合XRD、电镜、XPS等技术解析材料微观结构与性能。

XAFS技术是指当X射线照射到样品上时，特定能量的X射线会被样品中的原子吸收，导致原子内壳层电子被激发到高能态。

这种吸收过程并非连续，而是在特定能量处出现吸收边，且在吸收边附近及更高能量区域存在精细结构。通过对这些精细结构的分析，即X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS），科研人员能够获取丰富的微观结构信息。

XAFS技术包括同步辐射XAFS和台式XAFS。同步辐射光是高能电子在磁场中被加速并发生弯曲运动时发出的电磁辐射，其具有一系列优异特性，为XAFS实验带来了诸多优势。然而，同步辐射XAFS也存在一些明显的局限性。

例如，同步辐射光源设施建设成本高昂，需要巨大的资金投入和复杂的工程技术支持。并且这些大型设施通常占地面积大，运行维护成本高，全球范围内数量有限。

为了突破同步辐射XAFS的应用限制，近年来实验室用台式XAFS谱仪应运而生，并迅速发展。

台式XAFS谱仪采用了独有的X射线单色器设计，摒弃了对同步辐射光源的依赖，在常规实验室环境下即可实现XAFS技术的各项功能，为科研人员带来了全新的实验体验。

台式XAFS，采用独有的X射线单色器设计，无需使用同步辐射光源，即可在常规的实验室环境中实现X射线吸收精细结构的测量和分析。

其构成通常包括X射线源、单色器、样品室、探测器等部件。其中，X射线源产生X射线，单色器对X射线进行单色化处理，样品室用于放置待测样品，探测器则用于检测X射线的吸收情况。

台式XAFS技术的出现，打破了XAFS检测必须依赖同步辐射装置的局限，使得XAFS技术的应用范围更加广泛和灵活。该技术通过提供X射线吸收检测功能，拓展了XAFS的应用场景。

与传统技术相比，台式XAFS能够检测非晶材料等短程有序材料，并且具备化学价态识别能力。此外，台式XAFS还能提供配位数、键长等关键信息，有效分析原子的局域结构，在实验室即可得到材料微观结构下的数据支持。

台式XAFS谱仪体积小巧，占地面积小，可轻松放置于普通实验室的工作台上。与庞大的同步辐射设施相比，它无需专门的大型实验场地和复杂的基础设施支持。这使得科研人员能够随时随地开展XAFS实验，无需再受同步辐射设施地理位置和机时限制。

台式XAFS谱仪通常配备了自动化程度较高的软件控制系统，操作流程相对简单。科研人员经过短时间培训，即可熟练掌握仪器的操作方法。仪器的软件界面友好，可实现样品的自动加载、测量参数的快速设置以及数据的实时采集和初步分析。

从设备购置成本来看，台式XAFS谱仪价格相对同步辐射设施而言极为低廉。这使得更多科研机构和实验室有能力购置属于自己的XAFS设备，无需再依赖外部同步辐射测试服务，大大降低了研究成本。另一方面，台式XAFS维护成本低，设备运行稳定性高，能够显著降低长期运营成本，使研究经费得到更合理的利用。

台式XAFS谱仪的灵活性还体现在其可扩展性和对不同实验需求的适应性上。该设备可集成多种辅助设备，实现对样品条件的精确控制，特别适用于对空气敏感样品的检测或各种原位测试。

本文将从XAFS的基础出发，深入解析其在《Nature Communications》论文中的具体应用，以及它如何与其他表征技术协同作用，揭示了台式XAFS在是实验中的应用。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58901-4

在这里，作者采用Rb₂InCl₆:Yb³⁺/Er³⁺纳米晶作为近红外–紫外转换器，高效触发CsPbX₃钙钛矿纳米晶的卤素交换反应，展现出优异的光控性能，为通过能量转移与晶格工程开发新型上转换材料提供了新思路。

配位数与键长：EXAFS拟合结果显示，Yb³⁺的第一配位壳层为Cl^–，配位数约为6.2，键长为2.60 Å。这一结果直接证明Yb³⁺取代了Rb₃InCl₆中In³⁺的八面体配位位点，且因Yb³⁺离子半径大于In³⁺，导致键长略长，与XRD 观测到的晶格膨胀现象一致。

掺杂位点验证：通过对比Yb³⁺与In³⁺的配位环境，EXAFS证实 Yb³⁺均匀分散在晶格中，未形成团聚。均匀的掺杂保证了Yb³⁺与Er³⁺之间的高效能量传递，而非因聚集导致的能量损耗。

XANES：通过Yb L3边吸收边的位置，验证Yb³⁺是否处于稳定的+ 3价态（无氧化还原干扰），确保能量传递路径的有效性。

除了单一的XAFS技术之外，XAFS与其他表征技术的结合对于分析材料性质来说具有极大的帮助。

通过粉末X射线衍射确定Rb3InCl₆的单斜晶系结构，观察到Yb³⁺/Er³⁺掺杂后衍射峰向低角度偏移，证明晶格膨胀，而EXAFS进一步揭示晶格膨胀的微观根源。两者结合，既证实了掺杂的成功，又解释了晶格膨胀的局部结构本质。

扫描电镜（SEM）观察到材料的微米/纳米颗粒形貌（尺寸5-20 μm），能量色散X射线谱（EDS）显示Rb、In、Cl、Yb、Er元素均匀分布，证明掺杂元素无团聚。此点与EXAFS相互照应。

X射线光电子能谱显示In 3d、Rb 3d、Cl 2p结合能随Yb³⁺掺杂量增加而略向低能偏移，表明Yb³⁺的引入增强了周围原子的电子密度。结合EXAFS，两者共同证明Yb³⁺的掺杂通过微调局部电子环境，优化了能量转移的驱动力。

通过本次解读的文章可以看出，台式XAFS技术可以结合其他表征技术共同揭示能量转移与晶格工程对上转换动力学的调控机制，为开发基于镧系离子的新型紫外上转换材料奠定了理论基础。

随着台式XAFS谱仪的发展，可根据科研人员的不同需求进行定制化配置，如配备不同类型的探测器、样品池，或增加特殊功能模块，以满足特定研究领域的特殊实验要求。

这种灵活多样的配置方式使得台式XAFS谱仪能够广泛应用于催化、能源、材料、环境、生物等多个领域，为不同学科的科研工作提供有力支持。