在材料科學(xué)、化學(xué)催化、環(huán)境修復(fù)和生命科學(xué)的前沿研究中，X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）技術(shù)正成為揭示物質(zhì)原子尺度結(jié)構(gòu)的*工具。作為XAFS的兩大核心組成部分，XANES（X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)）和EXAFS（擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)）如同一對(duì)"黃金搭檔"，為科研人員打開了通往微觀世界的大門。

一、什么是XANES與EXAFS？

當(dāng)X射線照射到樣品上，原子內(nèi)層電子吸收特定能量的光子后被激發(fā)，形成特征性的吸收譜。在這一過程中，譜圖呈現(xiàn)出兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)域：

二、XANES：原子的“指紋圖譜"

XANES（X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)）位于吸收邊附近約50電子伏特的范圍內(nèi)，它對(duì)原子的電子狀態(tài)極其敏感。

XANES能告訴我們什么？

XANES（X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)） 主要檢測(cè)目標(biāo)元素在樣品中的電子狀態(tài)與化學(xué)環(huán)境。具體來說，它可以分析元素的氧化態(tài)（例如確定鐵是二價(jià)還是三價(jià)）、配位對(duì)稱性（如八面體或四面體配位）以及電子結(jié)構(gòu)（如d軌道的占據(jù)狀態(tài)）。當(dāng)目標(biāo)元素的價(jià)態(tài)或化學(xué)鍵合方式發(fā)生變化時(shí)，吸收邊的位置和譜圖形狀會(huì)相應(yīng)改變，因此XANES特別擅長(zhǎng)區(qū)分同一種元素的不同化學(xué)形態(tài)（如毒性更強(qiáng)的六價(jià)鉻與三價(jià)鉻），并能追蹤在反應(yīng)過程中元素價(jià)態(tài)的動(dòng)態(tài)演變。

三、EXAFS：原子的“結(jié)構(gòu)地圖"

EXAFS（擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)）位于吸收邊之后更高能量區(qū)域，是吸收譜上的精細(xì)震蕩信號(hào)。通過傅里葉變換，可將其轉(zhuǎn)化為徑向結(jié)構(gòu)函數(shù)，直接讀出原子間的距離信息。

EXAFS能告訴我們什么？

EXAFS（擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)） 主要檢測(cè)目標(biāo)元素原子周圍的局域幾何結(jié)構(gòu)。通過分析吸收邊之后的精細(xì)震蕩信號(hào)，它可以精確測(cè)定中心原子與周圍配位原子之間的鍵長(zhǎng)（精度可達(dá)0.01埃）、配位數(shù)（即周圍有多少個(gè)相鄰原子）以及無序度（原子排列的規(guī)整程度）。EXAFS就像為原子繪制一張"社交關(guān)系地圖"，能夠揭示中心原子的鄰居是誰、距離多遠(yuǎn)、關(guān)系如何，從而還原出原子尺度的三維局域結(jié)構(gòu)信息。

四、XANES與EXAFS的協(xié)同應(yīng)用

五、典型應(yīng)用領(lǐng)域

能源催化：解析催化劑活性位點(diǎn)的局域結(jié)構(gòu)，優(yōu)化ORR、OER、HER性能

電池材料：追蹤鋰離子傳輸路徑，解析正極材料充放電過程中的結(jié)構(gòu)演變

環(huán)境科學(xué)：固定重金屬的配位機(jī)制，評(píng)估污染物遷移轉(zhuǎn)化

生物醫(yī)學(xué)：金屬蛋白活性中心結(jié)構(gòu)解析，藥物-靶點(diǎn)相互作用研究

文化遺產(chǎn)：古代顏料、金屬文物的無損成分與工藝分析

六、技術(shù)突破：XAFS走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

過去，XAFS實(shí)驗(yàn)必須在同步輻射光源上進(jìn)行，機(jī)時(shí)緊張、門檻有點(diǎn)高。如今，隨著高亮度X射線源和高靈敏度探測(cè)器的發(fā)展，臺(tái)式XAFS系統(tǒng)已可實(shí)現(xiàn)常規(guī)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。

浪聲NatureXAS系列采用羅蘭圓光路與大尺寸彎晶元件，無需同步輻射即可輕松獲取高質(zhì)量XAFS數(shù)據(jù)，支持XAS、XES、XRD三種模式無縫切換，為材料化學(xué)、催化機(jī)理研究提供原子尺度洞察。