【摘要】 简单来说，同步辐射吸收谱一般用于反应样品中单个元素的价态情况、单个原子的配位环境、单个吸收原子的电子结构（轨道跃迁、杂化），是一种微观的、结构性判断的测试。

 

 

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同步辐射吸收谱是干什么的？证明什么结果？

 

简单来说，同步辐射吸收谱一般用于反应样品中单个元素的价态情况、单个原子的配位环境、单个吸收原子的电子结构（轨道跃迁、杂化），是一种微观的、结构性判断的测试。测试元素一般是金属元素（硬线）或者原子序数较小的非金属元素如C、N、O（软线）。

 

对于金属元素来说，吸收谱全谱包含XANES（近边吸收结构）和EXAFS（扩展边吸收结构），可以很好的提供价态和配位信息，但是这里所有分析出来的结果，都需要标样数据的对比和支撑，就好比做XPS如何通过结合能位置判断价态，需要通过库或者数据手册来找到标准位置，那么吸收谱的分析没有库的来源，一系列的结果都是基于和标准样品数据的对比来得到的。

 

对于非金属元素来说，原子序数较小，元素激发后没有足够长的扩展边，数据点不够因此无法对EXAFS进行傅里叶转换和计算，因此这类元素的测试结果只分析XANES，并且没有标样数据，除非自己随样测标样，只能通过文献和资料中峰位归属和偏移来分析化学态的变化。

 

同步辐射吸收谱（XAFS）

 

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同步辐射吸收谱一般测哪些样品？

 

有掺杂的催化剂材料（Pb掺杂LaxSrxCoO3催化剂），单原子/双原子材料，金属氧化物，生物质材料中的重金属（如As），双金属合金材料（CoNi合金、FeCo-LDH）等，测试目的一定是检测该金属元素的配位环境（配位数、键长信息），以此佐证样品结构。

 

如果是看不同样品的对比变化，一定要确保在配位种类或者配位信息上是有区别的；如果是看价态，先做XPS来确定，XANES没有XPS精确，它体现出的是一个范围而不是一个精确的价态值；如果不确定样品信息或者没做过别的表征，先去做别的（XPS、XRD、球差、模拟计算等），吸收谱不管是从周期还是费用上都应该是最后一步，做最有把握的样品，这个测试是”锦上添花”而不是”雪中送炭“的。

 

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同步辐射吸收谱的常见图解，也就是数据图怎么看？

 

XANES（E空间）：可以得到吸收原子的电子结构，包括价态，对称性，轨道占据等信息；一般通过吸收边来判断价态信息，吸收边位置越靠右，价态越高，例如sample介于foil和Co3O4之间，表示sample价态是在0 ~ +4价之间。

 

FT-EAXFS（R空间）：经过傅里叶变换，R空间可以通过峰位置归属大致判定配位键种类，一般通过标样数据和sample数据的组合做图，标明配位键种类，横坐标反应的是键长。

 

 

EXAFS（Fitting R空间）：加入多个配位键的path，结合合理的cif构型，对EAXFS进行配位拟合，可以得到吸收原子周围具体的配位信息，包括配位原子种类，键长，配位数，无序度等，一般文章中放实验谱图和拟合后曲线的组合图，表明拟合程度较高，并放上参数table。

 

小波变换：小波变换是一种用二维图片来表示三维信息的技术，图片上不同的颜色代表峰的高度，它不仅可以区分出配位原子的距离（即键长），而且能区分配位原子的种类（定性，原子序数越大，峰的位置越靠右）。但是此种技术和R空间图基本一致，能反馈到的信息并不多，多由于好看要放入文章中。

 

 

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射吸收谱如何选取标样？如何确定需不需要测试？

 

标样数据是后期分析必须的一部分，如前所述，一个样的吸收谱处理和分析都相当于是验证过程，不管是价态、还是配位键种类、还是分析路径、拟合cif，都要参考标准样品，因此标样数据的选择至关重要。

 

关于如何选择，就要自己了解自己的样品情况了，如果样品是一个氧化物，那么你就要和foil及多种氧化物标样做对比；如果样品是CoN4单原子，那么就要选择Copc来做标样；如果样品是一个掺杂的催化剂，那么需要确定是否要和原样催化剂做对比。这个部分基于前期基础工作：样品了解、基础表征、导师建议以及最重要的，参考文献（类似体系）。

 

科学指南针的数据库中已有大量foil及常规氧化物的标样数据，若下单测试可以免费提供已有的标样数据，若我们没有的，请自行提供标样并作为一个正常样品随样测试。

 

提醒：若是需要精确对比价态，需要同批次测试foil和多种价态标样，因为不同批测试的XANES位置会有一定的偏差，但对于EAXFS的分析没有影响，可以直接使用。

 

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哪些样品不建议测试？

 

1、样品不均匀，比如单原子数量很少，或者团簇很多，导致测试结果偏单质相，这是由于XAFS是体相测试，不能只反映局部信息。

 

2、测试元素含量太低，这里指质量百分比，一般0.5%以上用透射模式可以测试，0.1-0.5%之间需要用到荧光模式测试，增加扫描次数和时长以保证数据质量，若含量低于0.1%，大概率测不出或者得不到信号很好的数据，因此不建议测试。

 

3、元素组成很复杂的样品，测试这类样品中的单个元素，会导致其他金属元素干扰测试信号，不仅是信噪比变差，同时在EXAFS里的配位键归属困难，对辨别配位环境有很大影响，请提前联系负责的老师评估样品测试的可行性。

 

4、配位键变化很小的样品，比如Cu-C变成了Cu-N，这类目的不好分析，因为CNO这类元素原子序数接近，在键长上的变化非常小，大部分时候分析结果为了严谨都会写成Cu-C/N，因此在一个样品中精确的区分出Cu-C和Cu-N是不具有说服力的，建议用其他测试或方法来证明。