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高等学校化学学报
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XAFS技术在单原子电催化中的应用
汪思聪, 庞贝贝, 刘潇康, 丁韬, 姚涛
高等学校化学学报    2022, 43 (9): 20220487-.   DOI:10.7503/cjcu20220487
摘要   （1986） HTML （66） PDF（pc） （16209KB）（635）  

X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、 燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.



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Fig.3 Schematic layout of the ion chamber in a total electron detection mode[28]
Copyright 1998， Institute of High Energy Physics Chinese Academy of Sciences.
正文中引用本图/表的段落
全电子产额（Total electron yield， TEY）法［27］是21世纪初开始普及的一种新式XAFS测试方法. 该方法借助真空电离室， 直接在反射光方向测量样品在入射X光激发下产生的光电流， 从而反推XAFS谱（图3）［28］. 虽然全电子产额法测量获取的信号来源很杂， 包括弹性电子、 非弹性电子、 俄歇电子等多种光电子， 但由于俄歇电子的数量远超其它来源的电子， 此方法测得的实际信号不需要经过复杂的数学转化就可以获取相当精确的XAFS信号.
（A） HAADF-STEM image of single-atom Pt； （B） in situ XANES spectra of Pt L3-edge during HER process； （C） detailed analysis of XANES spectra； （D） EXAFS fitting spectra obtained at different cathodic voltage. ...
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... XANES的来源相当复杂， 部分曲线特征可能是多个结构信息的叠加， 因此难以进行定量精确分析. 由XANES曲线可以得到的最直观的信息就是待测样品中目标元素的平均价态. 对于大部分金属元素而言， 随着价态的升高， XAS吸收边位置会整体向高能量方向移动［20，21］. 因而通过样品的XANES曲线与已知标样的XANES曲线的吸收边位置对比， 即可判断样品的大致价态. 对Pt金属的L边而言， 其XANES曲线在吸收边后有一个明显的特征峰， 称之为“白线峰”. 白线峰的面积与金属价态相关， 金属价态越高， 白线峰面积越大［22，23］. 因而对Pt而言， 样品目标元素的价态可以借助白线峰面积的比较进行一定程度的粗略计算. 此外， 对于同一种元素而言， 不同的配位结构如MN4、 MO8等会导致完全不同的XANES整体形状， 通过直观的形状比对可以判断探测元素的近邻配位种类. 近年来， 借助全路径多重散射（FMS）［24］、 自洽场和完全相对论计算［25］等多种理论计算模型， 人们可以通过FitIt， MXAN和 FDMNES等软件工具［19］从头计算一些结构的XANES谱［20］， 从而实现一定程度的XANES谱定量分析. 但总体而言， 目前XANES的解析还很依赖非定量的特征比对， 未来仍有广阔的发展优化空间. ...
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... XANES的来源相当复杂， 部分曲线特征可能是多个结构信息的叠加， 因此难以进行定量精确分析. 由XANES曲线可以得到的最直观的信息就是待测样品中目标元素的平均价态. 对于大部分金属元素而言， 随着价态的升高， XAS吸收边位置会整体向高能量方向移动［20，21］. 因而通过样品的XANES曲线与已知标样的XANES曲线的吸收边位置对比， 即可判断样品的大致价态. 对Pt金属的L边而言， 其XANES曲线在吸收边后有一个明显的特征峰， 称之为“白线峰”. 白线峰的面积与金属价态相关， 金属价态越高， 白线峰面积越大［22，23］. 因而对Pt而言， 样品目标元素的价态可以借助白线峰面积的比较进行一定程度的粗略计算. 此外， 对于同一种元素而言， 不同的配位结构如MN4、 MO8等会导致完全不同的XANES整体形状， 通过直观的形状比对可以判断探测元素的近邻配位种类. 近年来， 借助全路径多重散射（FMS）［24］、 自洽场和完全相对论计算［25］等多种理论计算模型， 人们可以通过FitIt， MXAN和 FDMNES等软件工具［19］从头计算一些结构的XANES谱［20］， 从而实现一定程度的XANES谱定量分析. 但总体而言， 目前XANES的解析还很依赖非定量的特征比对， 未来仍有广阔的发展优化空间. ...
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... XANES的来源相当复杂， 部分曲线特征可能是多个结构信息的叠加， 因此难以进行定量精确分析. 由XANES曲线可以得到的最直观的信息就是待测样品中目标元素的平均价态. 对于大部分金属元素而言， 随着价态的升高， XAS吸收边位置会整体向高能量方向移动［20，21］. 因而通过样品的XANES曲线与已知标样的XANES曲线的吸收边位置对比， 即可判断样品的大致价态. 对Pt金属的L边而言， 其XANES曲线在吸收边后有一个明显的特征峰， 称之为“白线峰”. 白线峰的面积与金属价态相关， 金属价态越高， 白线峰面积越大［22，23］. 因而对Pt而言， 样品目标元素的价态可以借助白线峰面积的比较进行一定程度的粗略计算. 此外， 对于同一种元素而言， 不同的配位结构如MN4、 MO8等会导致完全不同的XANES整体形状， 通过直观的形状比对可以判断探测元素的近邻配位种类. 近年来， 借助全路径多重散射（FMS）［24］、 自洽场和完全相对论计算［25］等多种理论计算模型， 人们可以通过FitIt， MXAN和 FDMNES等软件工具［19］从头计算一些结构的XANES谱［20］， 从而实现一定程度的XANES谱定量分析. 但总体而言， 目前XANES的解析还很依赖非定量的特征比对， 未来仍有广阔的发展优化空间. ...
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... 相比于XANES， EXAFS主要由X射线激发出的光电子与周围原子之间的单重散射效应产生， 受多重散射影响很小， 物理模型较简单， 定量分析也更容易. 借助单散射理论， 可以得出通用的标准 EXAFS函数［26］： ...
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... 全电子产额（Total electron yield， TEY）法［27］是21世纪初开始普及的一种新式XAFS测试方法. 该方法借助真空电离室， 直接在反射光方向测量样品在入射X光激发下产生的光电流， 从而反推XAFS谱（图3）［28］. 虽然全电子产额法测量获取的信号来源很杂， 包括弹性电子、 非弹性电子、 俄歇电子等多种光电子， 但由于俄歇电子的数量远超其它来源的电子， 此方法测得的实际信号不需要经过复杂的数学转化就可以获取相当精确的XAFS信号. ...
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... 全电子产额（Total electron yield， TEY）法［27］是21世纪初开始普及的一种新式XAFS测试方法. 该方法借助真空电离室， 直接在反射光方向测量样品在入射X光激发下产生的光电流， 从而反推XAFS谱（图3）［28］. 虽然全电子产额法测量获取的信号来源很杂， 包括弹性电子、 非弹性电子、 俄歇电子等多种光电子， 但由于俄歇电子的数量远超其它来源的电子， 此方法测得的实际信号不需要经过复杂的数学转化就可以获取相当精确的XAFS信号. ...

Copyright 1998， Institute of High Energy Physics Chinese Academy of Sciences. ...
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... 全电子产额（Total electron yield， TEY）法［27］是21世纪初开始普及的一种新式XAFS测试方法. 该方法借助真空电离室， 直接在反射光方向测量样品在入射X光激发下产生的光电流， 从而反推XAFS谱（图3）［28］. 虽然全电子产额法测量获取的信号来源很杂， 包括弹性电子、 非弹性电子、 俄歇电子等多种光电子， 但由于俄歇电子的数量远超其它来源的电子， 此方法测得的实际信号不需要经过复杂的数学转化就可以获取相当精确的XAFS信号. ...

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