在科研領域中，材料微觀結構的精準分析對于推動各個學科的發(fā)展至關重要。X 射線吸收精細結構譜（XAFS）技術作為一種強大的材料表征手段，能夠深入揭示材料的元素價態(tài)、化學鍵、配位結構等關鍵信息。近期，easyXAFS頻繁登上Nature Communications，助力科研人員在單原子、納米材料、環(huán)境、能源及傳感器等領域取得重要進展。easyXAFS無需同步輻射光源，可以在常規(guī)實驗室環(huán)境中實現(xiàn)X射線吸精細結構譜XAFS測試，獲得媲美同步輻射光源的優(yōu)質譜圖，能為科研工作提供精準可靠的數(shù)據(jù)支持。這一特性打破了同步輻射 X 射線光源在時間、空間上的限制，讓XAFS表征技術科研場景中發(fā)揮重要作用，推動相關領域的研究進程。

臺式X射線吸收精細結構譜儀-XAFS/XES

一、環(huán)境領域：打破單原子催化劑活性-穩(wěn)定性權衡問題

單原子催化劑（SACs）在可持續(xù)類芬頓催化領域具有廣闊的應用前景，然而在基于過硫酸鹽（PMS）的體系中，始終面臨著活性和穩(wěn)定性的權衡問題。針對此問題，科研人員設計了一種納米島封裝的單鈷原子（CoSA/ZnO?ZnO）催化劑，通過 “島 - ?！?協(xié)同效應增強 PMS 活化的活性和穩(wěn)定性，并利用easyXAFS 對新設計的納米島封裝單鈷原子（CoSA/ZnO - ZnO）催化劑進行了深入研究。通過 Co-K 邊的 XANES 分析，發(fā)現(xiàn)CoSA/ZnOZnO中 Co 原子的吸收邊介于 CoO 和Co₃O₄之間，表明 Co 原子呈現(xiàn) + 2 和 + 3 之間的混合價態(tài)。FT-EXAFS 分析在 2.28 和 1.38 處識別出兩個明顯的峰，分別對應 Co-Zn 和 Co-O 配位 ，且沒有 Co-Co 峰，證實了結構中不存在 Co 團簇。小波變換（WT）-EXAFS 結果進一步證實了 Co-Zn 和 Co-O 殼層的存在以及 Co 位點的原子分散狀態(tài)。這些精準的分析結果為揭示催化計的結構和性能關系提供了關鍵依據(jù)，有效打破了 SACs 中常見的活性-穩(wěn)定性權衡問題，實現(xiàn)了污染物的高效降解。該研究成果不僅為環(huán)境污染物處理提供了新的解決方案，也彰顯了 easyXAFS 在探究催化劑微觀結構方面的強大能力。

參考：《Nano-island-encapsulated cobalt single-atom catalysts for breaking activity-stability tradeoff in Fenton-like reactions》Nature Communications | (2025) 16:115

二、傳感領域：助力新型傳感器研發(fā)

氮氧化物作為主要的空氣污染物之一，對生態(tài)和人類健康造成了嚴重威脅。目前的檢測技術在穩(wěn)定性和選擇性方面存在局限，迫切需要新的檢測手段。在《Titanium nitride sensor for selective NO₂ detection》一文中，科研人員借助臺式easyXAFS對制備的過渡金屬氮化物傳感器進行了深入研究。通過元素敏感的X 射線吸收光譜（XAS）測量樣品，對 TiN-600 中氮空位（NVs）的局部配位進行原子水平的研究。XANES 光譜顯示，TiN-600 的近邊吸收能量相較于 TiN-CM 發(fā)生負移，表明由于 NVs 的形成，Ti 的平均氧化態(tài)略有降低，這與 Ti 2p XPS 的觀測結果一致。通過 EXAFS 分析研究 NVs 的局部配位情況，發(fā)現(xiàn) TiN-600 中 Ti-N 鍵強度比 TiN-CM 弱，表明 Ti-N 配位數(shù)減少，NVs 增加，為 NVs 的形成提供了有力證據(jù)?；谘芯拷Y果，科研人員成功制備出對NO2具有超卓選擇性的傳感器，其靈敏度比強的干擾氣體 NO 高 30 倍，且 6 個月內(nèi)保持穩(wěn)定，不使用鉑或其他貴金屬，為環(huán)境監(jiān)測技術帶來了新的突破。這一成果充分體現(xiàn)了 easyXAFS 在能源相關的傳感器研發(fā)領域的重要價值，為新型傳感器的性能優(yōu)化提供了關鍵的數(shù)據(jù)支撐。

參考：《Titanium nitride sensor for selective NO₂ detection》Nature Communications | (2025) 16:182

三、材料科學領域：推動 MXenes 材料合成研究

MXenes 材料在電子、光學和機械性能方面表現(xiàn)出色，但直接合成少層單相 MXenes 面臨挑戰(zhàn)。本研究提出一種一步氣相合成方法，成功制備了少層單相Ti₂NCl₂和Ti₂CCl₂，并運用 easyXAFS 對新合成的材料進行深入分析。通過對合成的Ti₂NCl₂進行 EXAFS 光譜擬合，識別出 Ti-N、Ti-Cl 和 Ti-Ti 散射路徑，其配位數(shù)分別為 3、3 和 6，與晶體學模型一致，表明合成的Ti₂NCl₂鈦空位濃度很低。結合 EPR 光譜分析，進一步證明了新和成的Ti₂NCl₂和Ti₂CCl₂中的鈦空位的比例相較于傳統(tǒng)蝕刻法得到的材料更低。這些研究成果為揭示一步氣相合成法制備少層單相 MXenes 的反應路徑、合成機制和降解行為提供了關鍵依據(jù)，推動了 MXenes 材料在實際應用中的發(fā)展。這再次驗證了 easyXAFS 在材料科學研究中，對于深入分析材料微觀結構和性能關系的重要作用，助力科研人員突破材料合成的技術瓶頸。

參考：《One-step gas-phase syntheses of few-layered single-phase Ti₂NCl₂ and Ti₂CCl₂ MXenes with high stabilities》Nature Communications| (2024) 15:10334

四、電化學領域：為氨電合成開辟新路徑

隨著對能源效率、環(huán)境可持續(xù)性和農(nóng)業(yè)需求的關注度不斷提高，分散式和可擴展的氨生產(chǎn)成為研究熱點。將廢水中的硝酸根離子電化學轉化為氨是一種可行的方法，但受到產(chǎn)率和可擴展性的限制。該研究報道了一種通用且可擴展的溶液相合成方法，制備了高熵單原子納米籠（HESA NCs），并借助 easyXAFS 對高熵單原子納米籠（HESA NCs）展開研究。通過 XANES 光譜研究 MESA 納米立方體（蝕刻前）和 HESA 納米籠（蝕刻后）中 Fe 的 K 邊，以 Fe 箔、FeO 和Fe₂O₃為參考，發(fā)現(xiàn)蝕刻前后曲線趨勢相似，表明蝕刻過程幾乎沒有改變凝膠樣品中 Fe 部分的配位環(huán)境，但蝕刻后 Fe 的吸收邊位置明顯向低能量水平移動，意味著蝕刻導致 Fe 的氧化態(tài)降低，這與 Fe-L-EELS 結果相符。對 Fe、Co、Cu、Zn、Cd 和 In 的 K 邊k2加權傅里葉變換（FT）擴展 X 射線吸收精細結構（EXAFS）光譜分析表明，這些元素成功引入并原子分散在 PBA 框架中。該研究發(fā)現(xiàn)，制備的Fe - HESA NCs 對硝酸根的電催化還原生成氨表現(xiàn)出高選擇性，法拉第效率達 93.4%，產(chǎn)率高達81.4mgh^?1mg^?1 ，為可持續(xù)的電催化反應提供了新的思路。這一成果展示了 easyXAFS 在電化學領域的重要應用價值，幫助科研人員深入理解材料在電化學反應中的微觀機制，為氨電合成技術的發(fā)展提供了有力支持。

參考：《General synthesis of high-entropy single-atom nanocages for electrosynthesis of ammonia from nitrate》Nature Communications | (2024) 15:6932

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