什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

本文华算科技将简洁明了的给各位不了解XAS的小白朋友讲一下你的样品是否可以使用XAS表征。争取不做长篇的概念性解释(网上全是,问AI也是一堆,我实在不想写了)。只做简单明确的描述,如果你想做XAS,但不知道能不能做,得不得的到想要的结果,没有类似文献参考,发在评论区或私信。

什么时候会用到XAS

1. 提到同步辐射XAS大家会和单原子联系起来,毕竟单原子的热度很高,且表征手段又极其有限,所以提到单原子不得不使用XAS。

2. 由于同步辐射XAS属于原子尺度表征,所以只要你想探究原子级别的材料信息XAS就是必要手段。

3. 随着材料领域越来越卷,大家文章的表征也在内卷,好的idea固然重要,但是缺少高大上的表征支持的“idea”也显得苍白无力,所以有些文章现在就是为了显得高大上而做同步辐射XAS来发更好的期刊

XAS谱图主要包含两个区域,各自承载着不同的结构信息

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS? 什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

X射线吸收近边结构 (XANES – X-ray Absorption Near-Edge Structure): 位于吸收边附近约50 eV的能量区域。该区域可以得到吸收原子的价态、配位环境的对称性以及电子结构等信息。

扩展X射线吸收精细结构 (EXAFS – Extended X-ray Absorption Fine Structure): 位于吸收边以上约50 eV至1000 eV的能量区域。

通过对EXAFS谱图的傅里叶变换和拟合分析,可以精确获得中心原子与配位原子之间的键长配位数及原子热振动或静态无序度的信息(即Debye-Waller因子)

XAS技术在材料研究中的核心价值

1. 判断元素的价态或氧化还原状态-XANES

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?
什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

CuCo的氧化态判断

https://doi.org/10.1038/s41467-025-64415-W

2. 探索材料的局部原子结构-EXAFS

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

https://doi.org/10.1038/s41467-025-64415-W

当然XANES部分的两个例子罢了,更多可以看以前的文章13种体系!一文带你掌握XANES分析方法!

看完这两个图,你大概知道XAS的能力了吧!简单来说,你想知道原子尺度的信息,就往同步辐射XAS看。

XAS局限

1. OK,原子尺度往同步辐射XAS看,那么只要是原子尺度同步辐射XAS就能明确分辨么?不是!有局限性的。看单原子表征

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

EXAFS无法以统计确定性检测到SAC样品中存在5%的金属团簇,但这5%的团簇存在可能会改变样品的催化性能。

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

doi/10.1021/acscatal.3c01116

可以看到,当数据包含与小氧化Pt簇相关的EXAFS特征时,SAC拟合的R因子在所有数据集中仍然很低。即使氧化团簇贡献了40%,对于只包含单原子位点的模型,R因子仍然表示良好。

说白了就是XAS存在一个模糊界限,在这个界限范围内的数据是无法有效区分的,所以做同步辐射XAS前需要提前设计样品以避开这个模糊的界限。

2. 除去单原子与团簇,在C/N/O共存时,XAS也具有局限性。

什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS? 什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS? 什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS? 什么情况需要使用同步辐射吸收谱-XAS/XAFS?

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48209-0

所有尝试均显示出高度吻合的拟合结果,这证实了同步辐射XAS中的EXAFS拟合技术在精确解析C/N/O配位信息方面存在固有局限性。

当然局限性也不仅仅限于此,同样XAS能做到的也不止这些,还是要具体问题具体分析,但利用大型同步辐射光源的XAS是目前高端-成熟的表征技术的代表,也是提升文章理论支撑质量的有效手段。

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