说明：本文华算科技介绍了同步辐射X射线吸收光谱在催化领域的核心原理与信息获取方式，读者可系统学习到其在价态解析、配位结构表征及原位动态追踪等方面的独特作用，了解如何借助XAS揭示活性中心本质并构建“结构—性能”关系。
X射线吸收光谱（X-ray Absorption Spectroscopy, XAS）是当前结构化催化科学中最重要的光谱表征手段之一，具有元素选择性、无序系统适应性、原位/操作位条件兼容性等显著优势。
借助同步辐射光源所提供的高亮度、高单色性与广泛能区覆盖，XAS在催化剂活性中心的局域结构构型、电子态结构、反应过程演化等方面提供丰富信息，成为揭示催化机理的关键工具。
XAS的两个核心区域包括XANES（X-ray Absorption Near-Edge Structure）和EXAFS（Extended X-ray Absorption Fine Structure），分别用于分析电子结构与几何构型。
通过这两个区域的信息提取，并结合先进的数据分析与理论模拟方法，XAS可实现从静态结构到动态行为、从几何构型到能带结构的全息表征。
图1：XAS的两个核心区域
XAS中XANES区域提供了关于中心原子电子结构状态的高灵敏度信息。吸收边位置与白线强度的变化对应于中心原子d轨道电子占据状态的调整，从而用于判断其氧化态演变与配体场扰动。
吸收边位置：反映价态变化，边位随电子丢失向高能移动。
白线强度：与未占据d轨道态密度相关，可用于判断配体场对金属轨道的劈裂强度。
图2：XANES谱图揭示Pt位点电子态变化。DOI：10.1021/acscatal.4c01821
EXAFS区包含中心原子与其邻近配体的干涉振荡结构，可通过傅里叶变换提取径向结构函数。
其信号依赖于散射原子的种类、距离与数量，因此可用于量化配位数（CN）、键长（R）与热振动因子（σ2）。可表征金属–非金属、金属–金属等键型；适用于非晶态或低有序体系；能识别第一与第二配位壳层结构差异。
图3：EXAFS拟合揭示HCP合金的局部结构参数。DOI：10.1002/advs.202409023
XANES中预边结构与主边白线结构敏感于配体场对称性与杂化模式。其通过跃迁选择定则反映p → d跃迁的允许程度，从而推断配体场强度、配体种类及其对中心轨道的调控能力。
可识别八面体、四面体、线性等局部构型；对于s/p杂化中心尤为敏感；可与DFT模拟协同揭示轨道混成模式。
图4：不同配位结构的pre-edge对称性和强度差异。DOI：10.1038/s41524-021-00664-9
同步辐射XAS具有卓越的时间与空间分辨能力，适用于原位/操作位条件下的谱测。在温度、电场、气氛等动态条件中，XAS可实时捕捉催化剂结构演变，如活性位点的重构、中间体吸附/解吸、反应诱导的氧化还原过程等。
原位单元可实现反应气体控制；快速扫描XAS（Quick XAS）适用于毫秒级过程；与其他谱学手段联用提升数据维度（如XRD、XES等）。
图5：Operando XAS追踪催化剂结构演化。DOI：10.1002/anie.202510741
XAS的谱图为空间平均信息，但借助多变量数据挖掘方法，如主成分分析（PCA）、多线性拟合（LCF）、线性组合分析（LCA）等手段、可对不同构型、不同价态的贡献进行分离识别，构建异质催化剂中真实的多组分活性中心图谱。支持多物种并存体系分析；可用于判定配位数分布广度。
图6：b、使用:ED-XAFS记录的NiFe LDH材料镍K边XANES光谱。c、提取的XANES差异光谱。d、从ED-XAFS光谱中提取的主成分分析（PCA）结果。e、通过线性组合分析（LCA）获得的相对浓度演变过程。DOI：10.1038/s41467-025-56070-y
同步辐射XAS作为结构化催化研究的核心光谱学手段，其可获取的信息涵盖价态演化、配位构型重构、配体场调控、原位反应动力学与结构异质性识别等多个层级。
配合同步辐射平台所支持的原位/操作位测量能力与理论模拟体系，XAS正在从定性工具转变为量化建模与机制构建的关键基石。
未来，基于人工智能算法驱动的谱学反演与多谱融合机制的构建，将进一步扩展XAS在多相催化、能源转化、单原子催化等前沿领域的研究维度。
【高端测试 找华算】
华算科技是专业的科研解决方案服务商，精于高端测试。拥有10余年球差电镜拍摄经验与同步辐射三代光源全球机时，500+博士/博士后团队护航，保质保量！
🏅已助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
👉立即预约，抢占发表先机！
