美國easyXAFS公司新推出X射線吸收精細結構譜，采用·有的X射線單色器設計，無需同步輻射光源，在常規實驗室環境中實現X射線吸收精細結構測量和分析，以*的靈敏度和光源質量，實現對元素的測定、價態和配位結構分析等。此外，該設備還能夠進行X射線發射譜測試(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信息互補。廣泛應用于電池、催化劑、環境、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，實驗室內使用

-  可外接儀器設備，控制樣品條件

-  可實現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

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境，從而化催化劑的電子結構，實現電子轉移和中間產物（*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據支撐，相關研究成果發表于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穩定性等[1]。Al3+的成功摻入，在改變V原子局部原子環境的同時，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穩定性（容量保持超過 3000 次循環）。 

    值得提的是，該團隊通過用X射線吸收精細結構譜（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譜儀完成了環境和工業制成品中Cr元素的價態和含量的分析。

    圖1顯示了XAFS光譜Cr近邊區結果（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，同時也實現了對實際生產樣品的表征。

圖1. XAFS近邊區光譜（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，通過激發定元素內層電子后使外層電子產生弛豫并發射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、自旋態、共價、質子化狀態、配體環境等信息。由于不依賴于同步輻射，且得益于有的單色器設計，可以在實驗室內實現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)比例再結合傳統的XRF技術，就可以實現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境域及工業屆的標準測試方法。

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，使得該材料展現了長循環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X射線吸收精細結構（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

測試數據

1、XAFS300/XAFS300+

(a, b)金屬Ni箔的EXAFS)圖及相應的R空間傅里葉轉換以及與同步輻射光源數據比較；

(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據比較

2、XES150

■   XES Mode

■   XAFS Mode