XAFS представляет информацию о локальной электронной структуре, структуре атомов и химической среде центрального поглощающего атома, измеряя кривую коэффициента поглощения рентгеновских лучей образца в зависимости от энергии падающего фотона. Кривая представляет колебания на стороне высокой энергии на стороне поглощения, которые возникают из интерференционных эффектов фотоэлектронных волн, возбужденных рентгеновскими лучами, и волн рассеяния соседних атомов.
XAFS (тонкая структура поглощения рентгеновских лучей) представляет собой метод, основанный на спектре поглощения рентгеновских лучей для анализа локальной структуры материала и химической среды в атомном масштабе. Ниже приводится подробное описание XAFS:
Основные принципы представления XAFS
XAFS представляет информацию о локальной электронной структуре, структуре атомов и химической среде центрального поглощающего атома, измеряя кривую коэффициента поглощения рентгеновских лучей образца в зависимости от энергии падающего фотона. Кривая представляет колебания на стороне высокой энергии на стороне поглощения, которые возникают из интерференционных эффектов фотоэлектронных волн, возбужденных рентгеновскими лучами, и волн рассеяния соседних атомов. В зависимости от энергетического диапазона спектрограмму XAFS можно разделить на две ключевые области:
Рентгеновское поглощение околобоковой структуры (XANES):
Расположенный вблизи края поглощения (около 30 - 50 эВ), он очень чувствителен к окисленному состоянию, конфигурации распределения и электронному состоянию централизованно поглощающих атомов. Эта информация может быть получена качественно или полуколичественно путем анализа пиков, интенсивности и формы спектра XANES.
Расширение тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (EXAFS):
После покрытия края поглощения более высокий энергетический диапазон (около 50 - 1000 эВ) преобразует колебания энергетического пространства в радиальную распределительную функцию (R - пространство) посредством преобразования Фурье, и количественно аналитический центр поглощает структурные параметры, такие как тип, расстояние, координаты и неупорядоченность распределенных атомов вокруг атома.
Технические преимущества XAFS
Разрешение атомного масштаба:
Локальная среда, способная обнаруживать отдельные атомы в материале, включая типы, расстояния и цифры атомов, обеспечивает микроструктурную основу для понимания свойств материала.
Не полагаясь на длинную упорядоченную структуру:
В отличие от традиционной дифракционной технологии, XAFS - представление не требует кристаллизации образцов и подходит для анализа структуры аморфных, высоконеупорядоченных материалов, таких как растворы, стекло и наноматериалы.
Химическая экологическая чувствительность:
Высокая чувствительность к окислительному состоянию централизованно поглощаемых атомов, химической среде распределения (например, типу атома распределения, длине связи) позволяет выявить динамические изменения материала в химических реакциях или физических процессах.
Исходная способность:
Может быть оснащен различными реактивными устройствами на месте, в режиме реального времени для мониторинга структурной эволюции материалов в суровых условиях высокой температуры, высокого давления, электрохимии и т. Д., Чтобы предоставить ключевые данные для изучения механизма реакции.
Универсальность элементов:
Измеряемый спектр XAFS почти всех элементов периодической таблицы элементов, включая легкие элементы (например, углерод, кислород) и переходные металлические элементы, подходит для анализа многокомпонентных сложных систем.
Области применения XAFS
Исследования наноматериалов:
Анализируйте размеры, внешний вид и конфигурацию поверхности наночастиц, раскрывая химические и биологические механизмы действия на интерфейсе наноматериалов - биологических систем.
Каталитическая наука:
Отображает атомную структуру активного центра катализатора и понимает механизм каталитической реакции. Например, технология XAFS может выявить динамические изменения в активных видах в разреженных сплавах катализаторов, обеспечивая теоретическое руководство для рационального проектирования высокоэффективных катализаторов.
Энергетические материалы:
Изучаются окисленные изменения активных веществ в ионных батареях в процессе зарядки и разрядки, локальная структурная эволюция электродных материалов и взаимодействие электролито - электродных интерфейсов. Представления XAFS обеспечивают прочную теоретическую поддержку для разработки более высокопроизводительных ионных батарей.
Биомедицинская:
Анализируйте координационную среду металлических вспомогательных радикалов в биологических макромолекулах и понимайте функциональные механизмы биологических молекул. Например, технология XAFS может отображать локальную координационную структуру атомов железа в ферритных наноферментах, раскрывая различия в их активности для удаления сверхкислородных свободных радикалов.
Экологические науки:
Изучение механизмов морфологического распределения и трансформации загрязнителей обеспечивает научную основу для экологического управления. Может анализировать химические формы и соединения загрязнителей тяжелых металлов в окружающей среде и оценивать их экологические риски.
Экспериментальный метод представления XAFS
Метод пропускания:
Применяется к образцам пропускания, таким как пленка, порошок и т. Д. Коэффициент поглощения получен путем измерения соотношения интенсивности падающих и пропускающих рентгеновских лучей.
Флуоресцентный метод:
Применяется для проб с низкой концентрацией или толщиной, информация о поглощении получена путем обнаружения флуоресцентных сигналов, генерируемых рентгеновским излучением.
Полное отражение:
В сочетании с принципом полного отражения, повышение чувствительности поверхности подходит для изучения поверхностных наук и тонкопленочных материалов.
Технология определения местоположения:
Символ XAFS сочетается с электрохимическим бассейном, высокотемпературной печью, устройством высокого давления и т. Д. Для достижения мониторинга структурной эволюции материала в реальных условиях работы.