臺(tái)式 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)easyXAFS打破同步輻射光源的依賴，憑借高靈敏（≤0.1 wt% 樣品精準(zhǔn)測(cè)試）、高檢測(cè)精度（ppm 級(jí) XES 分析）、寬能量覆蓋（4.5–25 keV，適配 70 余種元素）、成熟穩(wěn)定（服務(wù) 200 余家用戶，市場(chǎng)的占有率超 70%）及跨領(lǐng)域適配（覆蓋催化、電池、能源等多前沿方向）等優(yōu)勢(shì)，讓科研人員在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中即可高效開展 XAFS 與 XES 測(cè)試，為材料微觀結(jié)構(gòu)研究提供直接可靠的結(jié)構(gòu)證據(jù)。近期，多篇發(fā)表于 Advanced Functional Materials 的高水平研究，均借助 easyXAFS 完成關(guān)鍵表征，成功解析電池與能源材料領(lǐng)域的核心科學(xué)問題，彰顯其在推動(dòng)前沿科研突破中的關(guān)鍵作用。

臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜/發(fā)射譜儀-easyXAFS

在電池與能源材料研究中，真實(shí)工作狀態(tài)下的原子尺度結(jié)構(gòu)與電子行為，是推動(dòng)材料性能提升的核心所在。然而，高電壓循環(huán)中的電荷補(bǔ)償路徑、多金屬體系中的真實(shí)位點(diǎn)分布，以及過渡金屬局域配位畸變引發(fā)的電子結(jié)構(gòu)重排等關(guān)鍵過程，難以通過常規(guī)表征手段直接捕捉。X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）作為解析此類機(jī)理的核心工具，其臺(tái)式化解決方案easyXAFS 憑借突出的優(yōu)勢(shì)成為科研人員的共同選擇，為相關(guān)研究提供了更為便捷、精準(zhǔn)的表征方案，以下三大典型案例將充分印證其技術(shù)實(shí)力。

案例一：原位 XAFS 揭示高電壓充電下 Co 位點(diǎn)的真實(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

在富鋰層狀正極材料中，高電壓充電過程往往伴隨著復(fù)雜的電荷補(bǔ)償行為，其本質(zhì)直接決定了材料的可逆容量與長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為解析不同材料在長(zhǎng)循環(huán)后的失效機(jī)制，研究人員利用easyXAFS對(duì) Co K 邊 X 射線吸收譜進(jìn)行了系統(tǒng)研究^[1]。

Co K-edge XANES 結(jié)果顯示，在經(jīng)歷 100 次循環(huán)并處于充電態(tài)后，SRLCO 樣品的 Co 吸收邊位置相較于 BLCO 明顯向高能方向移動(dòng)，表明 Co 的平均氧化態(tài)顯著升高，說明在充電過程中 Co3?/Co?? 更充分地參與了電荷補(bǔ)償過程。該機(jī)制有利于 Li? 的高效脫嵌，從而實(shí)現(xiàn)更高的可逆容量。

相比之下，BLCO 樣品的 Co 吸收邊變化較小，卻伴隨著明顯的氧析出行為，表明其電荷補(bǔ)償過程更多依賴氧參與，導(dǎo)致顯著的電化學(xué)不可逆性。進(jìn)一步的 Co K-edge EXAFS 分析表明，BLCO 在 100 次循環(huán)后出現(xiàn) Co–O 與 Co–Co 配位距離壓縮，反映出局域配位環(huán)境的畸變。這一結(jié)果直接揭示了高電壓析氧與結(jié)構(gòu)退化之間的內(nèi)在聯(lián)系。

通過 XANES 與 EXAFS 的協(xié)同分析，easyXAFS 從原子尺度明確指出：穩(wěn)定的過渡金屬電荷補(bǔ)償路徑，是抑制高電壓析氧行為、維持結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵因素。

案例二：多金屬體系中，XAFS 精準(zhǔn)解析 Co / Ni / Zn 的真實(shí)占位與協(xié)同機(jī)制

在多金屬尖晶石氧化物體系中，不同金屬元素共存往往使真實(shí)活性位點(diǎn)難以判定。針對(duì)這一問題，研究人員借助 easyXAFS 對(duì) Co、Ni、Zn 等多種元素的 K 邊 XAFS 進(jìn)行了系統(tǒng)分析，從原子尺度揭示了多金屬協(xié)同調(diào)控機(jī)制^[2]。

Co K-edge XANES 結(jié)果顯示，HEO-HoMSs 樣品的吸收邊位置高于 CoO 而低于 Co?O?，并相較于 MEO-HoMSs 整體向高能方向移動(dòng)，表明 Co 的平均價(jià)態(tài)升高。進(jìn)一步的 Co K-edge EXAFS 擬合與傅里葉變換分析表明，HEO-HoMSs 中 Co 在晶格中的占位方式發(fā)生顯著重構(gòu)：四面體位 Co 的比例明顯降低，而八面體位 Co 的占比顯著提升?；?Co K-edge EXAFS 擬合得到的定量配位數(shù)結(jié)果顯示，HEO-HoMSs 中 Co 的八面體占位比例高達(dá) 0.84，明顯高于對(duì)照樣品。

同時(shí)，Ni 與 Zn 的 K-edge XANES 與 EXAFS 分析表明，這些金屬元素傾向于優(yōu)先占據(jù)四面體位，并通過 M–O–Co（M = Ni, Zn）橋聯(lián)方式與 Co 形成協(xié)同結(jié)構(gòu)。WT-EXAFS 分析進(jìn)一步在 K–R 空間中清晰區(qū)分了 Co–O、Co–M、Ni–M 與 Zn–M 的散射貢獻(xiàn)，為多金屬協(xié)同摻雜提供了直接結(jié)構(gòu)證據(jù)。研究表明，多金屬并非簡(jiǎn)單摻雜，而是通過位點(diǎn)選擇性重分布系統(tǒng)性重塑了 Co 的局域配位環(huán)境與電子結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)論依賴于 XAFS 才能被準(zhǔn)確定量。

案例三：XAFS 揭示 V 位點(diǎn)配位畸變與電子躍遷的內(nèi)在聯(lián)系

在層狀釩基材料中，過渡金屬局域配位環(huán)境的細(xì)微變化往往會(huì)引發(fā)顯著的電子結(jié)構(gòu)重排。為深入理解不同結(jié)構(gòu)中 V 位點(diǎn)的真實(shí)幾何構(gòu)型與電子狀態(tài)差異，研究人員利用 easyXAFS對(duì)V K邊X射線吸收譜進(jìn)行了系統(tǒng)分析^[3]。

V K-edge XANES 結(jié)果顯示，在 ≈5471 eV 處可觀測(cè)到明顯的 pre-edge 特征峰。該峰源于 1s → 3d 的四極躍遷，對(duì) V 位點(diǎn)的局域?qū)ΨQ性及 3d–2p 雜化程度高度敏感。相比 ChVOH，βVOH 樣品表現(xiàn)出更強(qiáng)的 pre-edge 峰強(qiáng)度，表明其未占據(jù)的 V 3d 態(tài)數(shù)量增加，反映出 [VO?] 八面體畸變程度的顯著提升以及更強(qiáng)的 V–O 軌道雜化效應(yīng)。

進(jìn)一步的 V K-edge EXAFS 分析清晰分辨了不同配位殼層的結(jié)構(gòu)特征。位于 ≈1.7 ? 和 ≈2.2 ? 的散射峰主要來源于diyi配位殼中的 V–O 單散射貢獻(xiàn)，而 ≈2.7 ? 處的峰則對(duì)應(yīng)相鄰八面體之間的 V–V 相互作用。WT-EXAFS 分析在 k–R 空間中直觀區(qū)分了 V–O 與 V–V 的散射貢獻(xiàn)，為 EXAFS 擬合結(jié)果提供了可靠驗(yàn)證。

該研究從原子尺度建立了 V 位點(diǎn)局域畸變、電子結(jié)構(gòu)重排與性能響應(yīng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，充分體現(xiàn)了 XAFS 在解析復(fù)雜配位環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)。

臺(tái)式easyXAFS：

從以上三項(xiàng)研究可以看到，無論是高電壓電池材料中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，多金屬體系中的真實(shí)協(xié)同機(jī)制解析，還是過渡金屬局域配位與電子行為的精細(xì)表征，XAFS 都已成為決定論文深度與說服力的核心證據(jù)來源。

目前，easyXAFS 已持續(xù)助力科研團(tuán)隊(duì)在 Advanced Functional Materials、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Nature Communications、JACS、Energy & Environmental Science 等國(guó)際高水平期刊發(fā)表重要成果，成為推動(dòng)多學(xué)科前沿研究突破的核心技術(shù)支撐，為材料科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

• 高靈敏 XAFS 測(cè)試能力：XAFS功能可實(shí)現(xiàn)低至 ≤0.1 wt% 含量樣品的精準(zhǔn)測(cè)試，滿足低載量催化劑與微量摻雜體系的研究需求；

• ppm 級(jí) XES 檢測(cè)能力：XES功能支持 ppm 級(jí)含量分析，適用于痕量元素與價(jià)態(tài)敏感體系的深入研究；

• 寬能量覆蓋范圍：能量范圍覆蓋 4.5–25 keV，可測(cè)試 70 余種元素，兼顧多學(xué)科、多材料體系的表征需求；

• 成熟可靠的市場(chǎng)驗(yàn)證：目前 easyXAFS 已服務(wù) 200 余家用戶，市場(chǎng)的占有率超過 70%，設(shè)備性能與穩(wěn)定性經(jīng)長(zhǎng)期科研實(shí)踐充分驗(yàn)證；

• 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：適用于      催化、電池、能源、非晶態(tài)材料、陶瓷、核化學(xué)、地質(zhì)與環(huán)境科學(xué) 等多個(gè)前沿研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]. Liu, Hang, et al. "Surface Reconstruction Enables High‐Voltage, Long‐Life All‐Solid‐State Batteries." Advanced Functional Materials (2025): e16460.

[2]. Liu, Zhihao, et al. "Unlocking Activity Origins of High‐Entropy Spinel Oxides: Tailoring Octahedral Coordination Chemistry for Accelerated Polysulfide Conversion." Advanced Functional Materials (2025): e11616.

[3]. Niu, Huanhuan, et al. "Enhanced Working Voltage in Hydrated Vanadate Cathodes: Insights into [VO?] Octahedral Distortion and V 3d Orbital Splitting." Advanced Functional Materials: e18785.