隨著同步輻射光源的大量應用，XAFS技術(shù)（包含XANES和EXFAS）逐漸發(fā)展成為一種非常實用的結(jié)構(gòu)分析方法。XAFS對中心吸收原子的局域結(jié)構(gòu)（尤其是在0.1 nm范圍內(nèi)）及其化學環(huán)境十分敏感，因而可以在原子尺度上給出某一特征原子周圍幾個臨近配位殼層的結(jié)構(gòu)信息，包括配位原子種類及其與中心原子的距離、配位數(shù)、無序度等，在物理、化學、材料、生物和環(huán)境科學等領域發(fā)揮著難以替代的作用。

　　然而，由于XAFS技術(shù)通常依賴于同步輻射X射線光源，大地限制了XAFS技術(shù)在各領域的廣泛應用。近年來，實驗室用臺式XAFS譜儀的出現(xiàn)，使得在實驗室日常使用XAFS技術(shù)進行材料的精細結(jié)構(gòu)分析成為了可能。美國easyXAFS公司推出的臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀-XAFS/XES在常規(guī)的實驗室環(huán)境中即可實現(xiàn)X射線吸收精細結(jié)構(gòu)的測量和分析，以高的靈敏度和光源質(zhì)量，得到了可以媲美同步輻射水平的X射線吸收譜圖，實現(xiàn)對元素的定性和定量分析、價態(tài)分析、配位結(jié)構(gòu)解析等。

臺式設計，可以在實驗室內(nèi)隨時滿足日常樣品分析；

可集成輔助設備，控制樣品條件，適用于對空氣敏感的樣品的檢測或一些原位測試，

如原位的鋰電池或電催化實驗測試，監(jiān)測電/催化材料的結(jié)構(gòu)變化；

臺式XAFS/XES譜儀測得的譜圖效果可以媲美同步輻射數(shù)據(jù)

操作便捷，維護成本低，安全可靠

　　目前easyXAFS公司的實驗室用臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)/發(fā)射譜儀(XAFS/XES)已經(jīng)在全球擁有眾多用戶，并在電池能源、催化劑、陶瓷、環(huán)境材料、放射性核素、礦物、地質(zhì)材料等領域發(fā)表了多篇高水平文章，本文將簡要介紹近期科研工作者使用該儀器發(fā)表的能源類代表性文章：

　　文章1：陽離子無序巖鹽 (DRS) 材料研究（Chem. Mater. 2021, 33, 8235?8247）

　　因具有優(yōu)異的初始可逆性和較為容易的 Li⁺嵌入和脫出結(jié)構(gòu)，是一種很有潛力的高比能正材料。特別是Mn基無序巖材料，因其具有無毒、低價格等特性，得到廣泛的關(guān)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(jié)合了利用高價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)條件下更加優(yōu)異的電化學性能和庫倫效率。值得注意的是，該團隊利用了臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀（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，進一步驗證了高價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

　　文章2：鋰離子電池充放電過程中黑磷局域結(jié)構(gòu)演變（Advanced Materials, 2021, 33, 2101259）

　　近些年來，黑磷材料因其在電子器件、能源存儲及催化轉(zhuǎn)化方面的優(yōu)異性能，而被廣泛應用和研究。作為鋰離子電池負材料，黑磷擁有高達2592 mAh g^?1的理論容量。然而在實際應用中，黑磷材料在電化學反應后體積變化程度達到300%，會帶來電池安全等諸多問題。為了更好設計黑磷負結(jié)構(gòu)，對于充分了解充放電過程中黑磷與Li⁺的相互作用機制非常重要。為了更加深入的解析充放電過程，有必要利用更加深入和高的表征手段來研究黑磷局域結(jié)構(gòu)的變化和演變。基于此，加拿大西安大略大學的Xueliang Sun教授及其合作者結(jié)合了原位/非原位XRD，非原位XAS和XES等技術(shù)，揭示了其中的結(jié)構(gòu)演變：Li₃P₇，LiP，Li₃P。值得一提的是，研究人員結(jié)合美國easyXAFS公司的臺式X射線發(fā)射譜儀（XES）的相關(guān)結(jié)構(gòu)設計，并和該公司技術(shù)人員合作實現(xiàn)了惰性氣體保護下的XES表征。

圖2. BP/G/CNTs樣品的放電(a)和充電(b) P Kα ex-situ XES譜圖

　　文章3：NMC811正材料研究（Journal of The Electrochemical Society, 2021, 168, 050532）

　　高比能富鎳層狀氧化物正材料，如LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NMC811)，由于充電后潛在的氧氣損失及循環(huán)過程中的降解會導致容量衰減和相關(guān)的安全問題。為了解決這些問題，2019年諾獎得主，紐約州立大學的Stanley Whittingham教授在通過連續(xù)共沉淀方法實現(xiàn)用鋁替代錳，使得NMC811正材料的電化學性能得到了大的提高。并使用美國easyXAFS公司臺式XAFS儀器成功實現(xiàn)了高質(zhì)量XANES圖譜的采集，進一步證明了Al參雜對過渡金屬價態(tài)的影響。該項研究為該鋰電領域中進一步提升電池容量和穩(wěn)定性提供了重要的借鑒和指導意義。

圖3. (a) 不同Al³⁺摻雜量下，合成樣品的XRD圖譜； (b) 不同摻雜量樣品的Ni K-edge XANES譜圖

　　文章4：CeO₂-Nb₂O₅復合氧化物陶瓷材料研究（Journal of Rare Earths, 2021, 39, 596-599）

　　CeO₂-Nb₂O₅復合氧化物，作為一種復合稀土氧化物陶瓷材料，常被應用于固體氧化物燃料電池、氧氣傳感器及異相催化等眾多領域。之前不少的研究數(shù)據(jù)表明在高溫固相法合成該復合稀土氧化物時，會部分形成Ce₃NbO_7+δ化合物。然而在大氣氛圍下的高溫固相法合成這種帶有部分還原的Ce氧化物是不太合理的。為了更加合理的驗證CeO₂-Nb₂O₅復合氧化物在高溫固相法合成條件下得到的產(chǎn)物信息，謝菲爾德大學的研究人員綜合利用了粉末X射線衍射（XRD）和臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜（easyXAFS300+，美國easyXAFS公司）等數(shù)據(jù)進行驗證，并證實了之前研究中的一些錯誤觀點，證明了Ce₃NbO_7+δ化合物并不存在。

圖4. 樣品，CeO₂及CePO₄的XANES Ce L₃-edge譜及線性組合擬合譜

　　文章5：水系鋅電池研究（Nano Energy, 2020, 70, 104519）

　　美國華盛頓大學曹國忠教授等人通過水熱合成法引入Al³⁺，有效的改善了水合氧化釩 (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。該團隊通過利用臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀（臺式easyXAFS300+，美國easyXAFS公司）獲得了V K-edge的邊前及近邊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變化及充放電過程中的有利作用等。

圖5. (a) 充放電前后Al-VOH的Zn²⁺XPS表征圖; (b) 充放電后Al-VOH及常見釩氧化物的V k邊邊前及近邊吸收結(jié)構(gòu)

　　文章6：NiFe雙金屬氫氧化物研究（Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9, 14432-14443）

　　鄭州大學科研工作者成功揭示了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，同時通過臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀（臺式easyXAFS300+，美國easyXAFS公司），成功揭示了表面缺陷在催化反應中的作用機制，揭示了氧化前后催化劑的精細結(jié)構(gòu)變化，為進一步的反應機理研究提供的強有力的支持。

圖6. (a) Ni_1/2Fe_1/2(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

　　部分發(fā)表文章：

　　1. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8718?8724

　　2. Anal. Chem. 2018, 90, 6587 –6593

　　3. Chem. Mater. 2018, 30, 5373?5379

　　4. Chem. Mater. 2018, 30, 6377?6388

　　5. J. Mater. Chem. A, 2019,7, 17966-17973

　　6. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 16647-16655

　　7. Small, 2019, 15, 1901747

　　8. Chem. Mater. 2020, 32, 8203?8215

　　9. J. Mater. Chem. A, 2020,8, 16332-16344

　　10. Nano Energy, 2020,70, 104519

　　11. Energy Stor. Mater. 2020, 29, 9-16

　　12. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9127–9134

　　13. Chem. Mater. 2021, 33, 8235?8247

　　14. J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 14432-14443

　　15. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202112508

　　16. Green Chem. 2021, DOI: 10.1039/D1GC02024B

　　17. Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202101259

　　相關(guān)產(chǎn)品：

　　1. 臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀-XAFS/XES

　　http://www.buyu5683.com/product/2019061828.shtml