X射线吸收谱 (XAS)
针对具体元素,解析材料局部结构与电子态
针对具体元素,解析材料局部结构与电子态
X射线吸收谱 (XAS) 是一种强大的分析技术,用于研究材料的局域原子结构和电子态。与揭示长程晶体结构的衍射技术不同,XAS 提供关于单个原子周围紧邻环境的元素特异性信息。
因此XAS 特别适用于研究催化剂、电池电极、纳米材料和功能性氧化物等复杂材料。
XAS 广泛应用于材料科学、化学、物理学、环境科学及生物学等多个学科。传统上,这类实验由于需要高亮度 X 射线源,一直是在同步辐射光源设施中进行的。但同步辐射机时申请受限且竞争激烈,往往需要投入宝贵的时间与资源。
借助 Empyrean 等现代实验室仪器,如今可直接在实验室内完成XAS 测量,轻松实现高精度的化学与结构表征。
在 X射线吸收谱实验中,特定能量的 X射线照射到样品上。当入射 X射线能量与原子内层电子的结合能相匹配时,电子被激发到空置状态或从原子中弹出。
通过测量样品在吸收边附近随能量变化的 X射线吸收强度,即可获得 XAS 光谱。
吸收系数通常通过比较有样品和无样品时测得的 X 射线强度,并结合比尔-朗伯定律进行确定。
通过在吸收边附近扫描入射 X 射线能量,可记录详细的吸收光谱。该光谱中的精细结构包含有关电子结构以及吸收元素周围原子排列的信息。
XAS 光谱由两个主要区域组成,各提供不同的结构信息:X射线吸收近边吸收谱 (XANES) 和扩展X射线吸收精细结构谱 (EXAFS)。
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吸收边附近的区域(通常在约 50 eV 范围内)称为 XANES。
XANES 对以下参数具备高灵敏度:
因此 XANES 特别适用于研究化学态变化和氧化还原过程。
近边区域以外为 EXAFS 区域,其范围可延伸至吸收边以上数百电子伏特。
EXAFS 中观察到的振荡,源于逸出光电子与邻近原子散射波之间的干涉效应。
分析这些波动信号可得到以下详细数据:
因此,即便体系缺乏长程有序,EXAFS 仍是测定材料局部结构的强大工具。
X射线吸收光谱 (XAS) 可提供材料内具体元素局部化学与结构环境的详细洞察。
通过 XAS 可获得的关键信息包括:
由于 XAS 具有元素特异性,即便在复杂混合物、多相材料中,也可选择性地探测单个元素。
同步辐射光源设施虽提供高强度 X射线光源,但机时受限且需提前较长时间预约排期。
基于实验室的 XAS 可帮助科研人员实现:
借助 Empyrean XAS,研究人员可在自己的实验室内灵活开展 XAS 测试。
为多功能 X射线平台引入物质化学局域信息
目前仅 Empyrean 搭载 XAS,让您无需离开实验室即可获得以往通常依托同步辐射设施开展的相关化学与结构信息。 Empyrean 将先进的 X射线衍射 (XRD)、X射线散射、X射线成像及 XAS 集成于一体化的模块化科研平台。
支持XAS 功能的 Empyrean 包含:
通过这种集成设计让单个仪器平台可同时输出结构与电子态相关数据,具体包含:物相鉴定与定量