美國easyXAFS公司新推出x射線近邊吸收譜，采用·有的X射線單色器設計，無需同步輻射光源，在常規(guī)實驗室環(huán)境中實現(xiàn)X射線吸收精細結構測量和分析，以*的靈敏度和光源質量，實現(xiàn)對元素的測定、價態(tài)和配位結構分析等。此外，該設備還能夠進行X射線發(fā)射譜測試(XES)，該表征本質上是超高能量分辨率的X射線熒光光譜(high-resolution XRF)。XAFS和XES可以對樣品的局部電子結構實現(xiàn)信息互補。廣泛應用于電池、催化劑、環(huán)境、放射性化學、地質、陶瓷等研究域。

XAFS/XES 設備點

無需同步輻射光源

科研別譜圖效果

臺式設計，實驗室內(nèi)使用

可外接儀器設備，控制樣品條件

可實現(xiàn)多個樣品或多種條件測試

操作便捷、維護成本低

XAFS/XES 設備參數(shù)

設備型號

應用案例

   催化劑研究：實驗室X射線吸收譜（XAFS）助力解析缺陷位點在OER反應中的作用機制表面缺陷調控工程被認為是提高催化劑催化活性的種高效方法。因為表面缺陷工程可以有效調控活性位點的配位環(huán)境，從而化催化劑的電子結構，實現(xiàn)電子轉移和中間產(chǎn)物（*OH、*O和*OOH）吸附自由能的化，大大提升催化反應效率。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）因其在水氧化（OER）反應中的異性能而被廣泛研究。而表面缺陷的引入將進步提升其在OER中的催化效率。近期，鄭州大學馬煒/周震教授及其他合作者成功揭示了NiFe雙金屬氫氧化物納米片中表面缺陷對于OER反應的巨大提升作用，同時通過結合X射線吸收譜（臺式easyXAFS300+，美國easyXAFS公司），成功揭示了氧化前后催化劑的精細結構變化，為表面缺陷在催化反應中的作用機制提供數(shù)據(jù)支撐，相關研究成果發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.

圖1. (a) Ni1/2Fe1/2(OH)2/CNT-24及其他樣品的XAFS圖，Ni k edge（b）徑向距離χ(R)空間譜，（c）χ(R)空間擬合曲線圖，（d）k2χ(k)空間譜擬合曲線

電池材料：實驗室臺式XAFS在高性能水系鋅離子電池研究中的應用

   美國華盛頓大學曹國忠教授等人合作在Nano Energy上發(fā)表了題為“Fast and reversible zinc ion intercalation in Al-ion modified hydrated vanadate"的水系鋅離子電池相關研究成果。該研究通過水熱合成法引入Al3+，有效的改善了純水合氧化釩 (VOH) 正材料用于水系鋅電池中的缺點：包括提升其離子遷移率和循環(huán)穩(wěn)定性等[1]。Al3+的成功摻入，在改變V原子局部原子環(huán)境的同時，增加了材料中V4+的含量，使得合成的 Al-VOH 材料具有更大的晶格間距和更高的電導率，實現(xiàn)了Zn2+的快速遷移和電子轉移。該正材料在50 mA·g-1下的初始容量達到380 mAh·g-1，且具有較好的長期循環(huán)穩(wěn)定性（容量保持超過 3000 次循環(huán)）。

   值得提的是，該團隊通過用x射線近邊吸收譜（easyXAFS300+）獲得了V k邊的邊前及近邊結構譜圖，并對Al3+摻雜的VOH 正材料進行了深入的研究，從而揭示了引入Al3+后，VOH的結構變化及充放電過程中的有作用等。

參考文獻：

[1] Zheng J, Liu C, Tian M, et al. Fast and reversible zinc ion intercalation in Al-ion modified hydrated vanadate[J]. Nano Energy, 2020, 70: 104519.

環(huán)境修復：臺式XAFS/XES譜儀分析檢測Cr元素的應用

   美國華盛頓大學Gerald Seidler教授通過實驗室XAFS/XES譜儀完成了環(huán)境和工業(yè)制成品中Cr元素的價態(tài)和含量的分析。

圖1顯示了XAFS光譜Cr近邊區(qū)結果（XANES）。研究人員用臺式XAFS技術輕松對鉻元素進行分析檢測，不僅完成了標準品化合物K2CrO4的測試及擬合分析，同時也實現(xiàn)了對實際生產(chǎn)樣品的表征。

圖1. XAFS近邊區(qū)光譜（a）六價參考化合物，鉻酸鉀；（b）CRM 8113a是基于RoHS描述的用于重金屬分析的認證參考材料

   臺式XAFS譜儀也同時配置了XES模組，通過激發(fā)定元素內(nèi)層電子后使外層電子產(chǎn)生弛豫并發(fā)射X射線熒光，對其能量和強度進行分析可以精確的給出目標元素的氧化態(tài)、自旋態(tài)、共價、質子化狀態(tài)、配體環(huán)境等信息。由于不依賴于同步輻射，且得益于有的單色器設計，可以在實驗室內(nèi)實現(xiàn)高分辨寬角高通量的XES元素分析（包括P, S, V，Zn, Cr, Ni, As, U, etc.）。在圖2中，在未知Cr含量的塑料樣品中，當擬合Cr元素XES Kα光譜時，可以充分觀察到Cr的各種氧化態(tài)之間的精細光譜變化，且測試結果與同步輻射XAFS致。對比Cr(VI)和Cr（III），可以在高于20 meV的能量分辨率下輕松辨別光譜征的差異。Cr（III）在價態(tài)上具有更高電子密度，其光譜將會向更高的能量方向移動，且相對于Cr(VI)峰變寬，可以明顯區(qū)分出Cr(VI)和Cr（III）。

圖2. 背景扣除和積分歸化后的Cr(VI)和Cr（III）鉻化合物的Cr Kα XES 光譜

   此外，從標準塑料樣品中收集的XES光譜（圖3），用線性superposition analysis技術，經(jīng)擬合與參考化合物光譜的線性疊加，推斷出的Cr(III)/Cr(VI)比例再結合傳統(tǒng)的XRF技術，就可以實現(xiàn)Cr(VI) ppm別的定量分析。

圖3. 不同樣品中Cr Kα XES光譜的垂直偏移（所有光譜均經(jīng)過背景校正和歸化）

   XAFS/XES技術不僅可以應用于多種聚合物樣品中Cr元素的測定，同時也可應用于P、S、V、Zn、Cr、Fe、Co、Ni、Au、As、U等元素分析。此方法是無損測試，只需少量的樣品，就可由實驗室測試儀easyXAFS完成。基于實驗室XAFS/XES的Cr測量可能成為未來環(huán)境域及工業(yè)屆的標準測試方法。

儲能材料：臺式XAFS譜儀在能源存儲材料研究中的應用

   因具有異的初始可逆性和較為容易的 Li+嵌入和脫出結構，DRS是種很有潛力的高比能正材料。別是Mn基無序巖材料，因其具有無毒、低價格等性，得到廣泛的關注和研究。然而，目前該類材料都存在循環(huán)壽命短和嚴重的容量衰減等問題。德國卡爾斯魯厄理工大學的Maximilian Fichtner教授及其他合作者結合了用高價Ti4+離子及部分F-離子取代O等策略，使得該材料展現(xiàn)了長循環(huán)條件下更加異的電化學性能和庫倫效率。值得注意的是，該團隊用了（臺式easyXAFS300+），成功的揭示了不同含量Ti4+替代對材料中Ti元素和Mn元素的價態(tài)影響，進步驗證了高價Ti離子替代策略背后的作用機理及對電化學性能的影響。

圖1. (a) 不同Ti含量樣品的Ti k edge XANES對比譜圖（b）XANES放大圖譜（c）不同Ti含量樣品的Mn k edge XANES對比譜圖（d）XANES放大圖譜

測試數(shù)據(jù)

1、XAFS300/XAFS300+

(a, b)金屬Ni箔的EXAFS(擴展邊X射線吸收精細結構譜) 圖及相應的R空間傅里葉轉換以及與同步輻射光源數(shù)據(jù)比較；

(c, d) 不同Ce和U元素的化合物的L3的XANES（近邊X射線吸收結構譜圖）及其與同步輻射光源數(shù)據(jù)比較

2、XES150

■  XES Mode

■   XAFS Mode