不具备完整原子级晶体结构也能产生XRD衍射峰的原因

介孔材料（如MCM-41、SBA-15）中的孔道有序性

这类材料虽然不具备完整的原子级晶体结构，但具有有序排列的介孔通道（通常2–50 nm），这种结构也能产生衍射峰：

尽管介孔材料如 MCM-41 和 SBA-15 的骨架通常是无定形的二氧化硅，缺乏原子级别的晶体有序性，但它们在介观尺度（2–50 nm）上却具有高度有序的孔道排列结构。这种长程有序的孔道阵列可通过 X 射线衍射（XRD）在低角度区域产生特征衍射峰。

这种类型的衍射峰通常被称为小角度 X 射线衍射峰，其出现源于孔道在介观尺度上的周期性排列，而非传统意义上由原子间距产生的晶格衍射峰。也就是说，衍射信号反映的是孔道间距，而非原子级晶面间距。

例如，MCM-41 材料中孔道呈六方排列，会在 2θ

(100) 衍射峰（最强峰）：

- 对应六方结构中相邻孔道的排列方向。
- 出现在 2θ ≈ 2.0° ± 0.2°，强度高，是判断 MCM-41 孔道有序性的关键指标。
- 通过布拉格定律可计算孔道间距：

d₍₁₀₀₎=λ/(2sinθ)

(110)、(200) 衍射峰：

分别出现在约 3.1° 和 4.5°，反映六方结构中更远晶面方向的有序性。

虽然强度较弱，但它们的存在表明材料不仅有长程有序性，还具备多方向周期性。

六方介孔结构特征

MCM-41 属于二维六方（p6mm）对称性的介孔材料，这种排列方式下，孔道排列像蜂窝状紧密堆积，每个孔道周围被六个等距孔道包围。

结构变化的判断依据

如果合成过程或后处理（如煅烧、负载金属、酸蚀）导致孔道塌陷、断裂或排列无序，小角度 XRD 图谱中的衍射峰会：

（1）强度明显下降，

（2）甚至完全消失。

因此，小角XRD是表征MCM-41结构完整性的核心手段之一。

有序 vs 无序孔道结构对应的 XRD 对比

孔道结构紊乱或塌陷后的材料，峰位变宽、强度大幅减弱。

峰强度减弱的本质原因：长程有序性的丧失

在有序介孔材料（如 MCM-41、SBA-15）中，孔道呈规则六方或立方阵列排列，具有长程周期性；

这种周期性会使得入射X射线在特定方向产生结构性干涉增强，形成强烈衍射峰；

当孔道排列被破坏（如高温烧结、酸蚀、机械剪切等），周期性消失，干涉效果被破坏，衍射强度显著下降；

反映在XRD图谱上就是：主峰（如(100)）强度显著减弱或消失。

本文源自微信公众号：材料er

原文标题：《虽不具备完整原子级晶体结构，但材料结构也能产生XRD衍射峰》

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/CwDuFM5b0lBNmz8f7laQGg

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