XAFS 表征
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- 公司名稱 國創科學儀器(蘇州)有限公司
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- 廠商性質 生產廠家
- 更新時間 2025/7/28 10:02:43
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應用領域 | 化工,綜合 |
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XAFS(X射線吸收精細結構)表征是一種基于X射線吸收光譜的技術,用于在原子尺度上解析材料的局域結構及化學環境。以下是對XAFS表征的詳細介紹:
一、XAFS表征的基本原理
XAFS表征通過測量樣品對X射線的吸收系數隨入射光子能量的變化曲線,獲取關于中心吸收原子的局域電子結構、原子結構和化學環境的信息。該曲線在吸收邊高能側呈現振蕩現象,這些振蕩源于X射線激發的光電子波與鄰近原子散射波的干涉效應。根據能量范圍,XAFS譜圖可分為兩個關鍵區域:
X射線吸收近邊結構(XANES):
位于吸收邊附近(約30-50 eV),對中心吸收原子的氧化態、配位構型和電子態高度敏感。通過分析XANES譜的峰位、強度和形狀,可定性或半定量地獲取這些信息。
拓展X射線吸收精細結構(EXAFS):
覆蓋吸收邊后更高能量范圍(約50-1000 eV),通過傅里葉變換將能量空間的振蕩轉換為徑向分布函數(R空間),可定量分析中心吸收原子周圍配位原子的種類、距離、配位數和無序度等結構參數。
二、XAFS表征的技術優勢
原子尺度分辨率:
能夠探測材料中單個原子的局域環境,包括配位原子的種類、距離和配位數等,為理解材料性能提供微觀結構依據。
不依賴長程有序結構:
與傳統衍射技術不同,XAFS表征無需樣品具有結晶性,適用于非晶態、高度無序材料(如溶液、玻璃)和納米材料的結構分析。
化學環境敏感性:
對中心吸收原子的氧化態、配位化學環境(如配位原子種類、鍵長)高度敏感,可揭示材料在化學反應或物理過程中的動態變化。
原位表征能力:
可搭載各類原位反應裝置,實時監測材料在高溫、高壓、電化學等惡劣條件下的結構演變,為研究反應機理提供關鍵數據。
元素普適性:
可測量元素周期表中幾乎所有元素的XAFS譜,包括輕元素(如碳、氧)和過渡金屬元素,適用于多組分復雜體系的分析。
三、XAFS表征的應用領域
納米材料研究:
解析納米顆粒的尺寸、形貌和表面配位結構,揭示納米材料-生物系統界面上的化學生物學作用機制。
催化科學:
表征催化劑活性中心的原子級結構,理解催化反應機理。例如,XAFS技術可揭示稀合金催化劑中活性物種的動態變化,為合理設計高效催化劑提供理論指導。
能源材料:
研究離子電池在充放電過程中活性物質的氧化態變化、電極材料的局域結構演變和電解質-電極界面相互作用。XAFS表征為開發更高性能的離子電池提供了堅實的理論支持。
生物醫學:
分析生物大分子中金屬輔基的配位環境,理解生物分子的功能機制。例如,XAFS技術可表征鐵蛋白納米酶中鐵原子的局域配位結構,揭示其清除超氧自由基的活性差異。
環境科學:
研究污染物的形態分布和轉化機制,為環境治理提供科學依據。可解析重金屬污染物在環境中的化學形態和結合方式,評估其生態風險。
四、XAFS表征的實驗方法
透射法:
適用于薄膜、粉末等透射樣品,通過測量入射X射線和透射X射線的強度比獲取吸收系數。
熒光法:
適用于低濃度樣品或厚樣品,通過檢測樣品受X射線激發產生的熒光信號獲取吸收信息。
全反射法:
結合全反射原理,提高表面靈敏度,適用于表面科學和薄膜材料的研究。
原位表征技術:
將XAFS表征與電化學池、高溫爐、高壓裝置等結合,實現材料在真實工作條件下的結構演變監測。