一文讀懂同步輻射XAFS測試技術

在材料科學、能源催化、環(huán)境科學等多個前沿領域，精準解析物質的原子尺度局域結構是揭示材料性能本質、優(yōu)化反應過程的關鍵。同步輻射XAFS（X射線吸收精細結構）測試技術，憑借同步輻射光源的高強度、高準直性等優(yōu)勢，成為原子尺度結構分析的“利器”。

核心原理：

要理解XAFS技術，首先要明確其核心基礎——X射線吸收現(xiàn)象。當單色X射線穿過樣品時，部分X射線光子會被樣品中的原子吸收，導致透射X射線強度衰減。隨著入射X射線能量的連續(xù)變化，吸收強度會呈現(xiàn)特定的變化規(guī)律，而XAFS正是對這一變化規(guī)律中“精細結構”的解析與應用。

XAFS的精細結構主要分為兩部分：XANES（X射線吸收近邊結構）和EXAFS（擴展X射線吸收精細結構），二者分別對應不同的結構信息維度。XANES位于吸收邊附近（能量范圍通常為吸收邊前后數(shù)十電子伏特），其峰形、峰位與原子的氧化態(tài)、配位數(shù)、配位環(huán)境的幾何對稱性密切相關，可快速判斷原子的化學狀態(tài)與近鄰配位的基本特征。

EXAFS則位于吸收邊高能側（能量范圍為吸收邊后數(shù)百至上千電子伏特），其振蕩信號源于被激發(fā)的光電子與周圍近鄰原子的散射作用。通過對EXAFS振蕩信號的擬合分析，可定量獲取原子間距、配位數(shù)、無序度等關鍵結構參數(shù)，實現(xiàn)對物質局域結構的精準刻畫。簡單來說，XANES負責“定性判斷”化學環(huán)境，EXAFS負責“定量解析”微觀結構，二者結合構成了XAFS技術的核心優(yōu)勢。

技術應用：

同步輻射XAFS技術的優(yōu)勢在于“原子尺度”“元素選擇性”“適用于多種物態(tài)”，因此在多個領域得到廣泛應用。在能源催化領域，可解析催化劑活性中心的原子結構，揭示催化反應的微觀機理，為催化劑的設計與優(yōu)化提供理論支撐；在環(huán)境科學領域，可追蹤重金屬離子在水體、土壤中的賦存形態(tài)與轉化路徑，為污染治理提供科學依據(jù)；在生物醫(yī)學領域，可解析生物大分子中金屬離子的結合位點結構，助力藥物設計與疾病機制研究。