同步辐射XAS（X-ray Absorption Spectroscopy，X射线吸收光谱）是利用同步加速器产生的高强度、高准直性X射线，研究物质对X射线吸收特性的光谱技术，核心包含X射线吸收近边结构（XANES）与扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）两部分，可在原子层面获取吸收原子的电子状态与局部配位环境信息。
XANES（X-ray Absorption Near-Edge Structure，X射线吸收近边结构）
聚焦于X射线吸收边前后几十电子伏特的能量范围，其光谱特征源于吸收原子内层电子向外层空轨道（或连续态）的跃迁。跃迁概率与吸收原子的电子能级分布直接相关，因此对吸收原子的氧化态、配位环境对称性及电子结构具有极高灵敏度。
EXAFS（Extended X-ray Absorption Fine Structure，扩展X射线吸收精细结构）
研究吸收边高能侧（吸收边以上几百至几千 eV）X 射线吸收系数的振荡现象，其本质是吸收原子与周围近邻原子对X射线的散射干涉效应。
通过对振荡信号的拟合分析，可获取吸收原子周围近邻原子的种类、配位数（CN）、键长（R）及德拜–沃勒因子（Δσ2）等结构参数。
XPS是表征表面元素化学态的重要技术，但在鉴定COF/MOF中金属单原子的精确配位环境时，常因信号弱、分辨率不足而受限。同步辐射XAS则能提供更高能量分辨率和元素特异性的分析，形成互补。
（DOI：10.1038/s41467-024-49834-5）
通过XPS与同步辐射光谱的协同表征，钌（Ru）以单原子形式成功整合到COF-205骨架中，并与框架中的氮原子配位。Ru的氧化态介于+2与+3之间，其电子结构受到COF配位环境的显著调控。这种明确的单原子分散与独特的电子特性，是理解其催化行为的关键。对比未负载 Pt 的 CTF，Pt-CTF/CP 的 N 1s 谱中，C–N═C 峰（398.7 eV）向高结合能偏移 —— 这是因为 Pt (II) 与 N 原子形成配位键，拉走 N 的电子，导致 N 结合能升高，为 “Pt-N 配位的单原子位点” 提供了化学环境证据。普通 XPS 常因信号弱、分辨率低，难以区分相似价态（如 Pt²⁺与 Pt³⁺），而同步辐射 XPS 的高能量分辨率，能捕捉到 0.1 eV 的峰位差异，让 “单原子电子态” 的论证从 “模糊推测” 变成 “精准实锤”。气体吸附是 COF/MOF 的 “基础体检”（测比表面积、孔径），但只看静态孔结构，无法解释 “为什么有的材料反应快、有的会振荡”—— 而同步辐射能补上 “动态传输” 的关键一环，让 “结构 – 功能” 关系不再断层。Pt-CTF/CP的N₂吸脱附等温线显示其为介孔材料，孔径分布图在1.4 nm和5.3 nm处有峰。证明了材料具有高比表面积和多级孔结构，这为反应物/产物的传输提供了通道，并与电镜观察到的“碳颗粒被CTF包裹”的形貌相互支持。不同 POF 的 CO₂吸附热（ΔHₐds）显示：di-POF（高氨基）> POF > ph-POF（低氨基）。结合同步辐射 XANES（排除 Pd 氧化态变化），直接揭示反应振荡的本质 —— 氨基多的 POF 对 CO₂吸附强，导致 CO₂扩散慢，积累到一定程度后快速脱附，形成 “高 / 低转化率” 循环。如果只做气体吸附，你只能说 “材料有孔”；但结合同步辐射，你能说 “孔道如何影响传输，传输如何调控反应”—— 这正是顶刊审稿人想看到的 “深度关联”。3. 热分析与同步辐射：如何确立 COF/MOF 的稳定性与相变本质？做 COF/MOF 研究，“稳定性” 是绕不开的话题 。热分析（TGA/DSC）是判断材料热稳定性和相变行为的关键技术，但它无法解释 “热过程中结构怎么变”；而同步辐射能追踪热诱导的原子级变化，让 “稳定性” 从 “重量变化” 升级为 “结构演化”。Cu[Fe]₂/₃-g的DSC曲线显示出一个明显的玻璃化转变（Tg）和后续的放热结晶峰（Tc）。DSC提供的Tg是证明其玻璃态本质的决定性证据之一。该数据表明，通过机械研磨得到的非晶态是一种热力学亚稳态的玻璃，而非永久性的结构破坏。这为使用同步辐射PDF去深入研究其短程有序结构提供了充分的理由和重要性。晶体与玻璃态PBA的TGA曲线，显示它们具有相似的水分失去步骤。证明了玻璃化过程没有破坏材料的基本化学组成（如配位水），暗示其结构变化主要在于长程有序性，这与PDF的发现高度一致。热分析为同步辐射研究提供了“温度路标”和“稳定性证明”，确保了同步辐射所观测到的结构是相关且稳定的，共同构筑了材料构效关系的热力学基础。红外光谱能够灵敏地探测分子键的振动信息，能快速识别官能团（如 C≡N、O-H），但单独使用时，难以判断官能团与金属位点的相互作用 —— 而同步辐射能提供原子级配位信息，两者联用可形成 “分子振动 – 原子配位” 的证据闭环。晶体和玻璃态PBA的FTIR图谱，在~2100 cm⁻¹附近均保留了C≡N的特征伸缩振动峰。直接证明了在机械研磨的玻璃化过程中，金属-配体（M-C≡N-M’）的连接键得以保留。同步辐射PDF 分析进一步发现，玻璃态 PBA 的 Cu-Fe 键长（4.94 Å）略短于晶体（5.03 Å）—— 结合 FTIR 的 C≡N 峰位无偏移，说明短程配位环境仅发生微小收缩，而非键的断裂或重构。
如果只看 FTIR，你只能说 “键还在”；但结合同步辐射，你能说 “键的长度、相邻原子的排列都没变”—— 这种 “分子 – 原子” 的双重验证，让结构分析更严谨，避免因 “官能团存在但配位变化” 导致的机理误判。5. TEM与同步辐射联用：形貌之外还能看到什么？TEM能看清形貌和晶格，但难以进行轻元素分析和化学态识别。同步辐射X射线纳米探针（Nano-XRF/XAS）则可在纳米尺度进行元素分布与化学态mapping，实现 “哪里有（形貌）、有什么（成分）、是什么状态（化学态）” 的三维关联。
HAADF-STEM中的亮点暗示了重原子（Pt）的孤立存在。EDX图则直观显示N和Pt信号在碳载体边缘共定位，证明Pt-CTF成功包覆在碳颗粒上，排除了Pt在碳上单独聚集的可能性，最终确认 “Pt 单原子位点” 的空间分布与配位结构。
普通电镜只能给你 “宏观形貌”，而同步辐射 + 显微成像能给你 “微区结构 – 成分 – 化学态” 的精准对应 —— 比如在 MOF 基催化剂中，你能看到 “Co 单原子仅分布在 MOF 的缺陷位点，且为 Co²⁺”，这对理解活性位点起源至关重要。
5. 同步辐射 XAS 如何 “一锤定音”：从单原子配位到动态反应追踪？
在 COF/MOF 机理研究中，XAS 是 “终极武器”—— 它既能静态解析单原子配位，又能动态追踪反应过程，帮你破解 “审稿人最关心的两个问题”：活性位点是什么？反应中发生了什么？
（DOI：10.1038/s41467-025-63637-2）
XANES表明Pt处于正价态；EXAFS谱中Pt-Pt配位峰的完全缺失，证实了其原子级分散；而WT-EXAFS与拟合分析共同锁定其配位环境为Pt-N/O。这些结果与电镜观测相互印证，完整揭示了单原子位点的结构与配位。
在POF/Pd/POF催化CO氧化振荡期间，于高转化率和低转化率阶段分别采集的XANES谱图完全重叠。有力排除了Pd氧化态变化是反应振荡原因的传统机理，引导研究者转向并确立了由“CO₂扩散控制”的新机理。
普通表征只能给你 “间接线索”，而 XAS（尤其是原位 XAS）能给你 “直接证据”—— 它就像 “反应摄像机”，实时记录活性位点的原子级变化，让机理从 “推测” 变成 “眼见为实”。
同步辐射联用的 “顶刊逻辑” 其实很清晰，核心就是 “补全证据链”：
“是单原子还是团簇？”——XAS+TEM+XPS，形成EXAFS 无金属 – 金属键+XPS 定氧化态的完整证据链。
“反应中结构怎么变？”——原位 XAS + 原位 Raman，构建XAS 追踪原子配位 / 价态+Raman 监测中间体的完整证据链。
“孔道如何影响性能？”——气体吸附 + 同步辐射 PDF，形成气体吸附定孔结构+PDF 析孔道内原子排列完整证据链。
【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！
声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！
