08-液体结构的XAFS
xafs定量元素
xafs定量元素
xafs(X射线吸收精细结构)是一种用于研究材料中元素的定量分析方法。
通过测量材料对X射线的吸收特性,可以获取关于元素的信息,如元素的化学状态、结构和相对浓度等。
xafs技术在材料科学、环境科学、生物医学等领域都有广泛的应用。
在xafs实验中,首先需要选择适当的X射线源和探测器。
常用的X 射线源包括同步辐射源和X射线管,而探测器则可以是光电倍增管、固态探测器或电荷耦合器件等。
通过调节X射线的能量和探测器的位置,可以获取样品对不同能量的X射线的吸收谱。
xafs实验的数据处理过程包括两个主要步骤:标定和拟合。
标定是通过测量标准样品的xafs谱,确定X射线能量和探测器位置之间的关系。
拟合则是将实验测得的xafs谱与已知的参考谱进行比较,通过调节参数,使得拟合曲线与实验数据吻合。
通过这一过程,可以得到元素的吸收边缘位置、吸收峰的形状和强度等信息。
xafs技术的应用非常广泛。
在材料科学中,xafs可以用于研究材料的晶体结构、表面结构和局域结构等。
在环境科学中,xafs可以用于分析土壤、水体和大气中的污染物,了解其化学形态和迁移转化行为。
在生物医学中,xafs可以用于研究生物体内的金属元素的分布和形态,对于了解其生物活性和毒性非常重要。
xafs作为一种定量元素分析方法,具有广泛的应用前景。
通过xafs
技术,我们可以深入了解材料中元素的化学状态、结构和相对浓度,为科学研究和工程应用提供重要的数据支持。
同步辐射技术在化学领域中的应用
同步辐射技术在化学领域中的应用化学领域中,同步辐射技术是一项非常重要的技术,可以用来研究材料的内部结构和化学反应产物的分析。
同步辐射技术是一种非常高级的技术,因为它可以提供非常高分辨率的图像和分析结果。
同步辐射的原理是什么?同步辐射是一种非常特殊的辐射,它是由带电粒子(例如电子)在加速器中运动时产生的。
当这些带电粒子在非常高速度下旋转时,它们会产生特殊的电磁辐射。
这种辐射具有非常高的能量和灵敏度,可以被用来探测材料的内部构造。
同步辐射和化学领域的应用同步辐射技术在化学领域中的应用非常广泛,可以用来研究各种不同的化学反应,例如光化学反应、催化反应、电化学反应等等。
其中,同步辐射X射线荧光(TXRF)技术和同步辐射X射线吸收( XAFS)技术是化学领域中应用最广泛的两种技术。
TXRF技术可以用来分析材料中极微量的元素,可以提供非常准确的分析结果。
这种技术可以被用来研究各种不同的材料,例如环境污染物、生物材料以及工业催化剂等等。
它的应用范围非常广泛,因为可以提供非常高的分辨率和精度。
XAFS技术可以用来研究材料的表面和内部结构,包括晶体、液体、气体和杂质等。
这种技术可以被用来研究各种不同的化学反应机理,包括催化、氧化还原、光化学反应和电化学反应等等。
在纳米材料方面,XAFS可以提供非常准确的表面和界面信息,对于研究材料的电子结构和化学反应机理非常重要。
同步辐射技术是现代化学研究中必不可少的一项技术,因为可以提供非常高的分辨率和精度。
随着技术的进步,同步辐射领域的发展将会更加迅速,为化学研究和应用开辟更加广阔的空间。
10_X射线吸收精细结构(XAFS
10_X射线吸收精细结构(XAFSX射线吸收精细结构(XAFS)是一种非常有用的技术,用于研究固体,液体和气体中原子结构的信息。
通过测量材料对X射线的吸收特性,可以确定原子之间的间距,化学键的类型和长度,晶格畸变等信息。
X射线吸收精细结构技术广泛应用于物理、化学、材料科学、生物科学等领域,为研究人员提供了独特的分析工具。
X射线吸收精细结构技术的原理是基于X射线的吸收过程。
当X射线穿过材料时,原子核和电子会吸收X射线,发生光子吸收作用。
X射线吸收系数是材料对X射线吸收的度量,它随X射线的能量和材料的化学成分而变化。
XAFS技术利用X射线光源产生特定能量的X射线进行实验,通过测量材料对X射线的吸收光谱,可以得到原子间距、化学键等信息。
X射线吸收精细结构技术包括X射线光谱仪、数据处理软件和理论模拟方法。
X射线光谱仪通常包括束流线、单色器、样品台和探测器等部分,能够产生高能量、高亮度的X射线光束,用于实验测量。
数据处理软件能够对实验数据进行处理和分析,提取有用的结构信息。
理论模拟方法包括多种理论计算技术,如有限差分法、多重散射法等,用于解释实验现象和验证实验结果。
X射线吸收精细结构技术可以用于研究各种材料的结构信息。
在固体材料中,可以确定晶体结构的各种参数,如晶胞参数、位移畸变、晶格缺陷等。
在液体和气体中,可以研究分子间的相互作用、键长、键角等信息。
XAFS技术还可以用于研究催化剂、生物分子等复杂体系的结构,为理解其功能机制提供重要线索。
X射线吸收精细结构技术具有很多优势。
首先,它具有很高的分辨率和灵敏度,可以测量原子间距的微小变化。
其次,XAFS技术可以用于不同形态的样品,如固体、液体和气体等,具有较好的适用性。
此外,X射线吸收精细结构技术还可以进行原位和原子尺度的研究,揭示材料的动力学过程。
总的来说,X射线吸收精细结构技术是一种非常强大的研究工具,广泛应用于材料科学、化学、生物科学等领域。
通过测量材料对X射线的吸收特性,可以提供原子层次的结构信息,揭示材料的性质和功能。
由X射线衍射获得的液体径向分布函数
由X 射线衍射获得的液体径向分布函数房春晖,房艳,杨波,雷亚川(中国科学院青海盐湖研究所,陕西西安710043)摘要:主要介绍单原子液体、同核分子液体、杂核分子液体和水溶液电子径向分布函数、原子径向分布函数和分子径向分布函数的定义,简明阐述了气体、液体和晶体,尤其是二维晶体的径向分布函数的物理意义和几何意义。
关键词:径向分布函数;液体结构;水溶液中国分类号:O722 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2002)02-0061-080 前言液体结构一直是理论基础研究的重要领域。
其结构的复杂性和多样性不仅包含丰富的理论内涵,而且具有广泛的应用前景。
液体及其相变在技术上和工业上的巨大应用潜力和液体结构丰富新颖的物理图象,已引起人们日益广泛的重视[1,2]。
例如过饱和溶液介乎于平衡溶液和水合晶体熔盐之间,过饱和度是结晶过程的推动力,母液结构是晶体生长的关键环节,液体的结构直接关系到目前一些前沿难题的攻关,人们期望从分子和离子相互作用的根本上揭示环境科学、盐湖化学、生命和信息科学领域的本质问题。
例如NO 2、S O 2酸雨形成过程中,小水滴的成核机理;大气圈平衡、水圈平衡、生物圈新陈代谢平衡和矿物圈平衡中温室气体二氧化碳及其相关的碳酸盐与水分子的相互作用;普遍存在于生物体中的水和电解质的作用机制,如厌氯作物中硫酸盐与水的相互作用;盐湖开发利用中所涉及的化学相变机制和控制规律等。
随着地球上最重要液体———水战略资源问题日益严峻,液体结构研究将是新世纪化学发展的重要方向之一。
液体径向分布函数描述被研究液体的电子密度、原子密度或分子密度的空间校正关系。
与晶体物质相比较,液体的结构特征更难于直接准确测量和表征。
近年来,随着衍射实验技术和理论计算方法所取得的巨大进步,不仅能够精确有效地测量溶液中各种距离和方向上的原子间相互作用信息,而且能够通过建立几何模型来处理这些具有统计特征的信息,最终实现对溶液中溶剂化离子、溶剂分隔离子对、溶剂共享离子对、接触离子对、以及衍射实验能够测量到的离子簇的原子核间距、配位数和配位几何构型作出离子、分子水平的定量描述。
XAFS实验方法
XAFS实验方法X射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure, XAFS)是一种用于研究材料结构、化学成分和电子状态的实验方法。
它是通过测量材料对X射线的吸收来获得关于材料内部原子结构和原子间相互作用的信息。
XAFS实验方法已经被广泛应用于物理、化学、材料科学等领域,对于揭示材料性质、催化反应、材料设计等研究具有重要意义。
XAFS实验方法的基本原理是利用材料对X射线的吸收来获得关于材料内部结构的信息。
X射线在物质中的吸收是由于X射线与物质中的原子发生能量交换,并在吸收这一过程中发生了多次散射。
如果对材料的吸收边附近进行高分辨的测量,就可以得到XAFS谱。
XAFS谱包含了吸收边的X射线吸收系数的实部和虚部,这些数据可以被进一步分析和解释,从而得到关于材料结构和化学成分的信息。
1.实验准备:在进行XAFS实验之前,需要准备样品和实验装置。
样品可以是固体、液体或气体,需要以合适的形式进行制备。
实验装置通常包括具有高能分辨能力的X射线源、样品台、能量分析仪和探测器等。
2.X射线吸收谱的测量:通过在吸收边附近进行X射线吸收谱的测量来获得XAFS谱。
实验中通常会改变X射线的入射能量,以提高测量的范围和分辨率。
吸收谱的测量可以使用透射模式或反射模式进行,具体的选择取决于样品的性质和实验要求。
3.数据分析:通过对测量得到的XAFS谱进行数据处理和分析,可以提取出关于材料结构和化学成分的信息。
常用的数据分析方法包括傅里叶变换、多次散射理论和反射振幅的确定等。
这些分析方法可以用来确定材料的配位数、键长、配位构型等。
4.结果解释:根据数据分析的结果,可以解释材料的特性和性质。
例如,可以确定材料中的原子种类、原子位置和键的性质,揭示材料中原子间相互作用的方式和强度。
这些结果对于理解材料的电子结构、催化活性等具有重要的意义。
XAFS实验方法具有广泛的应用领域。
例如,它可以用于研究催化剂表面的原子结构和吸附过程,从而揭示催化反应的机制和活性位点。
xafs 水単分子层 -回复
xafs 水単分子层-回复水単分子层是指水分子在固体表面形成的一层极薄的层状结构。
在X射线吸收精细结构(XAFS)的研究中,水分子在固体表面的分布和调控具有重要的意义。
本文将从水単分子层的概念入手,介绍XAFS技术和其在水単分子层研究中的应用,以及该研究对于理解与应用领域的意义。
首先,我们来了解一下水単分子层的概念。
水是一种极具特殊性质的分子,在常温常压下以液态存在,其分子由一氧、二氢组成。
在固体表面,水分子与固体表面相互作用,形成了一层极薄的水分子结构,被称为水単分子层。
水単分子层对于固体表面的性质和表面反应具有重要影响,并且在许多领域具有重要的应用价值。
接下来,我们将介绍XAFS技术的基本原理和特点。
XAFS技术是X射线吸收精细结构的缩写,通过测量物质在X射线吸收过程中的光谱特性,研究材料的原子结构和电子结构。
XAFS技术具有高分辨率、非破坏性和无需样品预处理等优点,被广泛应用于材料科学、化学和生物学等领域。
然后,我们将介绍XAFS在水単分子层研究中的应用。
XAFS技术可以通过测量固体表面与水分子相互作用过程中的光谱特性,揭示水分子与固体表面的结合方式和作用机制。
例如,研究人员可以通过XAFS技术来探测水分子与金属表面的相互作用,从而改进金属表面的催化性能或防止金属腐蚀等。
此外,XAFS技术还可以用于研究水分子在纳米材料表面的分布和排列方式,研究纳米材料的催化性能和光电特性等。
最后,我们将探讨水単分子层研究在理解与应用领域的意义。
首先,在材料科学和催化化学领域,水単分子层的研究可以帮助科研人员理解材料的表面性质和反应机理,优化材料的性能和应用。
其次,在生物学领域,水単分子层对于生物大分子的结构和功能具有重要影响,研究水単分子层可以揭示生物大分子的结构和功能的内在机制。
最后,在环境保护和能源开发领域,水単分子层的研究可以帮助科研人员理解水与固体界面的相互作用,改进环境污染处理和能源转化等关键技术。
XAFS技术在化学分析中的应用
XAFS技术在化学分析中的应用X射线吸收精细结构(XAFS)技术是一种广泛应用于化学分析的方法。
XAFS可以提供大量的信息,如各元素的离子态、晶体结构、电子状态以及表面催化剂的详细信息等。
在本文中,我们将探讨XAFS技术在化学分析中的应用及其优劣势。
XAFS技术起源于20世纪80年代,是一种用于测量吸收光谱的方法。
它是通过将样品暴露于X射线束下,测量被吸收的X射线的能量来工作的。
这些被吸收的X射线的能量取决于元素的电子和其周围原子的排列。
因此,通过对吸收光谱的分析,可以得出材料中元素的电子状态、元素周围原子的距离和角度、材料表面的结构以及材料的电子结构等信息。
XAFS技术的应用范围非常广泛。
它可以用于研究材料的电子结构、催化剂的活性和选择性、材料中过渡金属的结构、元素的价态和化学环境等。
例如,在研究催化剂时,XAFS技术可以确定催化剂表面的粒子大小、晶体结构、吸附位点,以及催化剂上吸附的反应物的状态等。
这些信息对于解释催化剂的活性和选择性非常重要。
在材料科学领域,通过分析XAFS光谱,可以得到材料的晶体结构、溶液中离子的化学反应等信息。
此外,XAFS技术还可以用于生物化学中,用来研究金属蛋白质和酶的功能和结构等。
XAFS技术具有许多优势。
首先,它可以提供对材料结构的非常细致的描述。
其次,它是一种非破坏性的分析方法,因此可以用于对材料进行原位甚至是原子级别的研究。
此外,XAFS技术可以研究微小的样品,甚至是表面催化剂。
这意味着它可以用于分析许多其他技术不能处理的样品。
最后,XAFS技术非常精确,可以提供高质量的数据,帮助研究人员更好地理解材料的所知所不知的方面。
虽然XAFS技术非常有益,但它也有一些局限性。
首先,它需要非常昂贵且复杂的设备。
其次,实验需要耗费大量的时间和精力,因为需要进行很多次测量来获得充分的数据。
最后,该技术需要训练有素的研究人员才能正确地解释和利用数据。
在总体上,XAFS技术是一种在化学分析中非常重要的技术。
X射线近边吸收精细结构谱学原理及应用
X射线近边吸收精细结构谱学原理及应用X射线近边吸收精细结构谱学(X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy, XAFS)是一种表征材料结构的非常有力的方法。
它利用X 射线与物质相互作用的特性,通过分析吸收光谱的精细结构来获取关于材料的原子结构、晶格弛豫和电子结构等信息。
XAFS可以应用于研究各种材料,包括晶体、液体和无定形材料等。
XAFS的原理可以简单概括为以下几个步骤:首先,将X射线束传输到一个样品上,并通过与样品中的原子相互作用而发生吸收。
其次,吸收的X射线经过能量选择装置分散为不同波长的光子,进入衍射晶体或能量分辨器进行探测。
最后,通过分析吸收光谱的峰位和强度变化,可以得到关于样品内部原子结构和电子结构的信息。
XAFS的应用非常广泛。
在材料科学中,XAFS可以用于研究催化剂、金属氧化物、锂离子电池等材料的表面结构和化学状态。
在环境科学中,XAFS可以用来研究土壤和水中重金属的迁移和转化过程。
在生物医学领域,XAFS可以应用于研究蛋白质结构和药物与生物大分子之间的相互作用。
此外,XAFS还可以用于研究材料的局域结构、纳米材料的形成机制以及材料的辐射损伤等方面。
XAFS的主要优势在于其对多种样品的适用性。
它不受材料的晶体结构和晶面朝向的限制,对非晶态和无定形材料的研究也非常有效。
此外,XAFS还具有高灵敏度和高空间分辨率的优势,能够提供关于样品内部微观结构的详细信息。
同时,XAFS还可以在不同的温度、压力和环境条件下进行实时测量,使得研究人员能够了解材料的动态变化。
虽然XAFS是一种强大的表征材料结构的方法,但也存在一些技术上的挑战。
由于吸收光谱中的信号通常非常微弱,需要使用高亮度的X射线源和高灵敏度的探测器进行实验。
此外,XAFS的数据分析也比较复杂,需要进行峰位拟合和模拟计算,以提取有关样品结构的信息。
综上所述,X射线近边吸收精细结构谱学是一种非常有力的表征材料结构的方法。
EXAFS
非辐射方法 原子吸收X射线光子发出的俄歇电子和二次电子 也与吸收系数成正比,因此可以通过探测俄歇电 子或二次电子来得到EXAFS信号。电子逃逸深度 一般为几纳米,就可以测量表面结构,称之为表 面EXAFS或SEXAFS
采用什么方法需要综合考虑样品的性质
透过率
俄歇电子或荧光产额
X射线吸收谱实验装置
EXAFS的特点 EXAFS现象来源于吸收光原子周围最临近的几个 配位层的作用,不依赖晶体结构,因此可用于大 量的非晶态材料的研究,像催化剂上的活性中心, 生物酶中金属蛋白,表面层结构和无定形材料的 研究,甚至溶液、气体的研究等,比X射线衍射的 作用要广泛得多。
X射线吸收边具有原子特征,可以调节X射线光 子能量到某一种原子的吸收边处,则只有该原 子的环境可以探测,而不受其他元素的干扰, 对不同的元素的原子,可由吸收边位置不同, 而得以分别研究。
形状共振对分子的几何结 构的变化是很灵敏的
XANES—近边区 固体物质复杂
原子簇多次散射理论
考虑一个围绕着吸 收原子的,有一定 大小的原子簇,光 电子在其中发生多 次散射后回到吸收 原子与出射波发生 干涉,形成共振 这种共振与原子排列的变化非常敏感,实际计算时就 是通过改变原子簇大小和位置来与实验结果相匹配
傅氏变换,说明了最临近和次临近距离
EXAFS--广延区
XAFS的测量方法和实验设备
测量方法
XAFS中有用的信息只相对于吸收边高度的百分之 几,因而要求有尽量强而稳定的X射线源,以得到比 较高的信噪比,对能量分辨率也有相当高的要求 有几种XAFS测量方法
直接法:透射方法
间接方法:X射线荧光或俄歇电子或二次电子
上一世纪20年代,观察到了吸收边处的精细结构
对于这一现象的解释 长程有序理论:晶格特征的电子态密度的震荡引起的
XAFS研究钴离子在氨水溶液中的局域结构的开题报告
XAFS研究钴离子在氨水溶液中的局域结构的开题报
告
题目:XAFS研究钴离子在氨水溶液中的局域结构
研究背景与意义:
钴是一种重要的过渡金属元素,广泛用于催化、电池、热力学工程等领域。
在氨水溶液中,钴离子具有较好的溶解性,因此在相关领域中得到了广泛应用。
但是钴离子在氨水溶液中的局域结构研究尚不充分。
X 射线吸收精细结构谱(XAFS)是目前研究金属离子局域结构的一种有效方法,可以对金属离子在周围原子或分子的短程有序结构进行分析和表征,具有很高的价值。
因此,本课题拟通过XAFS技术,研究钴离子在氨水溶液中的局域结构,期望能够揭示钴离子在氨水溶液中的微观结构特征,为钴离子在相关领域的应用提供理论基础和实验依据。
研究内容与方法:
1. 实验设计
选择氨水作为溶剂,通过制备一定浓度的 CoCl2 溶液,在常温下进行XAFS实验,对钴离子在氨水溶液中的局域结构特征进行研究。
2. 实验步骤
(1)制备 CoCl2 溶液
将一定量的 CoCl2 固体溶解在氨水中,混合搅拌后得到一定浓度的钴离子溶液。
(2)XAFS实验
将制备好的 CoCl2 溶液引入XAFS实验仪,利用光电倍增管和多道分析器记录反射X射线,获取XAFS数据。
(3)数据分析
对实验获得的XAFS数据进行处理,通过傅里叶变换等方法,分析并确定钴离子在氨水溶液中的局域结构。
3. 研究意义
通过对钴离子在氨水溶液中的局域结构进行研究,可以对钴离子在液相中的结构特征进行深入认识,为钴离子在相关领域中的应用提供理论基础和实验依据,并且为液态相XAFS研究提供借鉴和参考。
10X射线吸收精细结构(XAFS
10X射线吸收精细结构(XAFSX射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure,XAFS)是一种用于研究材料的X射线光谱分析技术。
它是通过测量X射线材料的吸收辐射谱来研究材料的局域结构和电子状态的方法。
XAFS技术在无机材料、有机材料、生物材料等领域都具有广泛的应用。
XAFS技术的原理是基于X射线与原子相互作用的特性。
当X射线经过材料时,它的能量会受到材料内的原子吸收,并且产生特定的吸收辐射谱。
XAFS技术通过分析吸收辐射谱中的细节结构,可以获得材料中原子的局域结构和电子状态信息。
XAFS技术的实验方法一般包括两个步骤:能量扫描和角度扫描。
在能量扫描中,X射线的能量会逐渐改变,而在每个能量点上,测量材料的吸收谱。
角度扫描则是通过改变X射线和样品之间的入射角度,来获得材料的吸收谱。
通过这两种扫描方法,可以获得材料的XAFS谱。
XAFS谱提供了关于材料局域结构和电子状态的丰富信息。
首先,XAFS谱可以提供原子的边缘位置信息。
每个元素都有各自的吸收边缘,通过测量材料的吸收峰位置,可以确定材料中的元素种类和相对含量。
其次,XAFS谱中的振荡结构可以反映材料的局域结构。
振荡结构的幅度和周期大小可以提供原子的相邻原子距离和协同效应的信息。
最后,XAFS 谱中的吸收峰形和强度可以提供材料中原子的电子状态信息。
通过分析这些信息,可以了解到材料的化学价态、电子云分布等重要参数。
总之,X射线吸收精细结构(XAFS)技术是一种用于研究材料的X射线光谱分析方法,通过分析吸收辐射谱中的细节结构,可以获得材料的局域结构和电子状态信息。
XAFS技术在材料科学、生物材料和环境科学等领域都具有广泛的应用前景。
XAFS基础(精选)
4. XAFS数据处理软件
§4 XAFS应用
参考文献
XAFS基础
3
§1 XAFS理论基础
XAFS基础
4
X射线吸收与荧光
X射线吸收机制-微观过程
X射线通过光电效应被物质吸收
吸收发生条件:入射光子能量hv大 于原子某个特定内壳层束缚能E0
吸收过程:入射光子则被吸收(湮
灭)其能量E全部转移给该内壳层的一
EE 0E0E
μ(E)为实验测得的吸收系数曲线,μ0(E)是一个 平滑的背景函数,代表一个孤立原子的吸收系 数曲线,而Δμ0则为阈值能量E0时吸收系数μ(E)突 增的数值。 EXAFS常被理解为吸收过程中光电子的波相行 为。因此常将X射线的能量转换为k,即光电子 波矢,其单位为距离的倒数
k
2mEE0
XAFS基础
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XAFS基础
1
前言
▪ 对于XAFS的本质,是20世纪70年代才建立了正确的认 识,形成了理论公式及结构参数的解析方法。高强度同 步辐射光源的发展使XAFS方法发展成为一种实用的物 质结构的分析方法;
▪ XAFS方法可以提供配位距离,配位数,近邻原子种类 等吸收原子的近邻几何结构信息以及吸收原子的氧化态 及配位化学(例如四面体,八面体的配位)等信息;
样品受X射线激发,发射荧光。 利用X射线能谱分析仪可以显示 样品受激发产生的谱。特定元素
发射的荧光在能谱上表现为一组 能量确定的谱线。 (散射峰是由物质对X射线的散 射形成的)
XAFS基础
7
俄歇效应机制-微观过程
俄歇效应:其中内壳层某个电子从较高的能 级落到低能级后,同一能级的另一个电子被射 入连续区;
同步辐射=XAFS?
同步辐射=XAFS?
同步辐射≠XAFS! !同步辐射(SR)和X射线吸收精细结构(XAFS)是两个相关但不同的概念。
不少用户在做测试时,误认为同步辐射就是XAFS。
这里作简要介绍。
同步辐射:同步辐射是电磁辐射,通常是指接近光速的运动电子或正电子在磁场中弯转时放出的光。
最初在同步加速器上观察到,因此得名。
它覆盖从远红外到X光范围内的连续光谱,具有高强度、高准直、高极化和可精准控制的优异性能。
XAFS:XAFS是一种基于同步辐射的X射线吸收技术,通过检测透射或散射的X射线来获取样品的吸收光谱。
它可以提供原子的氧化态、化学配位以及其紧邻原子的配位数、种类、距离等信息。
图1 基于同步辐射的表征手段
可以简单理解为同步辐射是为XAFS提供光源。
基于同步辐射的XAFS测试一直都是珍贵紧俏的资源,原因之一是作为大科学装置的同步辐射光源,造价昂贵。
可以使用同步辐射光源的还有小角散射线站(SAXS)、广角略入射X射线衍射(GIWAXS)、配对分布函数(PDF)、同步辐射的XRD、高压XRD、原位拉伸压缩、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子能谱(XPS)等。
下表总结了各种表征的测试内容。
XAFS基础讲义
荧光发射机制(微观)及宏观现象
原子的激发态通常在吸收后数个飞秒内消失,这一过 程称为退激发。退激发不影响X射线吸收过程。退激发 有两种机制: X射线荧光发射及俄歇效应;
X射线荧光发射:即能量较高的内壳层电子填补了较 深层次的内壳层空位,同时发射出特定能量的X射线, 称为X射线荧光。荧光的能量是由原子种类以及电子跃 迁的能级决定的。举例而言
k
2mE E0 2
EXAFS即可由χ(E)转换为χ(k),即振荡作为光 电子波矢的函数。
XAFS原理
EXAFS的理论是在单电子加上单散射的基础上形 成的。吸收原子的内壳层电子在吸收了一个能量E 足够大的X射线光子后,克服其束缚能E0而跃迁到 自由态,成为一个具有动能 的光电子。
E h E0
§2 XAFS实验
XAFS实验要素及方法
XAFS实验目的就是采集样品中感兴趣元素从其吸收边 (K,L)附近到边后一定能量范围内的吸收谱,即
E E
1. 2. 3.
XAFS实验的关键设备: 能量可调的高强度的单色X射线光源(同步辐射+单色器); 高质量的X射线强度探测系统-采谱 控制系统-控制单色器, 采谱探测系统协调进行
X射线吸收精细结构谱 (XAFS基础)
X射线吸收精细结构谱(XAFS)基础
§1 XAFS理论基础 1. X射线吸收与荧光 2. XAFS原理 §2 XAFS实验 1. 实验要素及方法综述 2. BL14B-XAFS光束线 3. 透射XAFS实验系统及实验要点 4. LYTLE荧光电离室原理及实验要点 5. 固体阵列探测器原理及使用要点 6. 透射及荧光两种实验方法总结 7. 基于XAFS的相关实验方法 §3 XAFS谱的数据处理 1. 提取EXAFS信号 Χ(k) 2. 拟合求取结构参数 3. XANES的解释 4. XAFS数据处理软件
第六章:X射线吸收精细结构(XAFS)
第六章:X射线吸收精细结构(XAFS)第六章:X射线吸收精细结构(XAFS)1.XAFS,EXAFS和XANES 历史:上世纪二十年代,发现凝聚态物质对X射线的吸收系数,在吸收边附近存在量级为的震荡,这一震荡称为X射线吸收精细结构(XAFS)七十年代,Stern,Sayers,Lytle 从理论、实验二方面成功地解释了产生振动的机制,推导了EXAFS的基本公式,提出了处理实验数据的方法和计算机程序,并将它们用于凝聚态物质的结构分析。
随着同步辐射的发展,XAFS已成为研究凝聚态物质,特别是长程无序,短程有序的非晶态、液态、熔态的原子、电子结构的有力工具。
XAFS可分为两部分:1)EXAFS(扩展X射线吸收精细结构)吸收边高能侧(30-50)eV至1000eV的吸收系数的震荡,称为EXAFS。
它含有吸收原子的近邻原子结构信息(近邻原子种类、配位数、配位距离等)。
2)XANES (X射线吸收近边结构)吸收边至高能侧(30-50)eV的吸收系数的震荡,称为XANES。
它含有吸收原子近邻原子结构和电子结构信息。
2.EXAFS产生机制,基本公式§2.中心给出原子吸收X射线光子的几率,终态,初态,在X射线光电吸收中一般为原子内壳层的1s,2s,2p态,与入射光子能量无关。
孤立原子,单原子气体,光电子处于出射态,远离吸收原子传播出去,即终态为自由电子态,它不随入射光子的能量发生震荡。
双原子气体,凝聚态物质:吸收原子有近邻原子,出射光电子将受近邻原子的背散射,入射光子能量将使光电子波长变短,出射与散射光电子波的叠加结果将发生变化,相长干涉使吸收增加,相消干涉使吸收下降,从而使吸收曲线出现震荡,即产生EXAFS。
定义EXAFS函数(4-1) k为光电子波矢,(4-2)式中为的平滑变化部分,在物理上相当于孤立原子的吸收系数,为扣除背底后吸收边高能侧的吸收系数,为电子在原子内的束缚能。
用量子力学理论可以推导出EXAFS的基本公式:(4-3)(4-3)表明,将与下列因素有关:(一)与吸收原子周围的第j层近邻层中同种原子数目、距离及电子被散射振幅有关,(如不同种原子处于同一近邻原子层中,可将这一近邻原子层看作几个不同的近邻原子层)。
xafs 水単分子层 -回复
xafs 水単分子层-回复题目:XAFS 水単分子层:从基础原理到实际应用的一窥引言:XAFS(X射线吸收精细结构)被广泛应用于材料科学和表界面领域,以研究物质中原子的结构和电子态。
在这篇文章中,我们将专注于XAFS在水単分子层(水分子在固体表面上的单层分布)研究中的应用。
水単分子层的研究不仅有助于理解水分子在固体表面的吸附行为和与其他物质的相互作用,还为技术应用提供了有价值的信息。
第一部分:基础原理1. XAFS 的原理和基本概念- XAFS是一种非常灵敏的材料结构研究技术,它利用入射物质的X射线吸收谱来获得关于物质的原子结构、化学环境和电子态的信息。
- X射线在物质中被原子吸收后,会出现能量上的调制,这种调制可以通过分析吸收谱中的精细结构来获得。
2. XAFS 在水分子研究中的应用- 研究水分子与固体表面的相互作用,如吸附、解离、形成氢键等。
- 探索水分子在固体表面的排列方式和分子间的相互作用。
- 研究水分子在不同pH值、温度和压力条件下的结构变化和动力学行为。
第二部分:实验方法1. 样品制备和表征- 准备具有特定表面结构和组成的固体样品。
- 使用表面分析技术(如扫描隧道显微镜、原子力显微镜)表征固体表面。
2. 实验设置- 选择合适的X射线源和光束线进行实验。
- 对样品进行预处理,如适当的清洗和干燥。
- 设置实验参数,如入射角度、能量范围等。
3. 数据采集和分析- 通过对样品进行X射线照射并记录吸收谱来获取数据。
- 对吸收谱进行数据处理和分析,包括傅里叶变换和多边形拟合等技术。
第三部分:实际应用1. 水分子吸附研究- 研究不同固体表面上水分子的吸附行为和构型变化。
- 探索水分子吸附对固体表面性质的影响,如电荷转移和催化活性。
2. 水分子在界面上的相互作用- 研究水分子在固体表面上形成的氢键和其他分子间相互作用。
- 探索界面上水分子的定向和排列方式。
3. 动力学和结构变化分析- 研究水分子在不同温度、压力和pH值条件下的结构变化和动力学行为。
xafs 水単分子层 -回复
xafs 水単分子层-回复X射线吸收精细结构谱学(X-ray absorption fine structure spectroscopy,XAFS)是一种无损分析技术,广泛应用于材料科学、化学和生物领域,用于研究材料的原子结构和化学环境。
在XAFS分析中,一种非常重要的技术是水単分子层的研究。
水単分子层是指水分子在材料表面形成的一个单层,对于材料的性质和相互作用有着重要影响。
本文将一步一步回答有关水単分子层的研究内容。
首先,我们需要了解水単分子层的形成机制。
当水分子靠近材料表面时,由于表面张力和电荷相互作用,水分子会形成一个紧密排列的结构。
这种结构通常由两层水分子组成,一层与表面直接接触,另一层与第一层水分子相互作用。
这种微弱的相互作用能够影响水分子的动力学和结构,对于材料的性质起着重要作用。
接下来,我们需要选择合适的XAFS实验方法来研究水単分子层。
XAFS 实验可以通过在样品上照射一束高能X射线,并测量X射线的吸收和散射来获得信息。
对于水単分子层的研究,常用的技术包括X射线吸收近边结构(XANES)和扩展XAFS(EXAFS)。
XANES可以提供关于水分子的电子结构和化学环境的信息,而EXAFS则可以提供关于水分子与材料之间相互作用的信息。
然后,我们需要准备样品进行实验。
对于水単分子层的研究,我们需要选择合适的基底材料,并在其表面形成水単分子层。
一种常用的方法是使用原子层沉积技术,在基底表面上逐层沉积水分子,形成一个单层。
这样可以控制水分子的排列和形态,从而得到一种具有特定结构的水単分子层样品。
实验进行时,我们可以使用XAFS仪器来进行测量。
XAFS实验通常使用同步辐射源提供高强度的X射线束。
在实验过程中,我们需要调整X射线的能量和角度,以最大程度地提高信号噪比,并保证准确的数据采集。
数据采集后,我们需要进行数据处理和分析。
首先,我们可以使用特定的软件来进行光谱反演,将X射线吸收和散射的数据转换成X射线吸收光谱。
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液体结构的
XAFS 探测
李晨曦
中国科学院物理研究所
1. Introduction
Understanding of the properties of liquids is of fundamental importance for science, technology, production and life itself.
The fundamental problem in the liquid theory is to understand the macroscopic properties and structure in terms of interparticle interactions..
There is no a tractable mathematical method to give an accurate approximation to the liquid state to cover both the structural and thermal properties.
Four types of information:
the equilibrium properties;
the transport properties;
the macroscopic data;
the microscopic data.
Firstly, the positions and energies of the atoms are important.
Secondly, the motion of the atoms
is the significant feature.
Structure of liquids
is a basic issue of liquid state physics.
3. Extraction of message
from measured structure data The measured diffraction data:
(1) to calculate the structure factor S(q);
(2) to calculate pair correlation function g(r) from S(q) by FT;
(3) to recognize the features in S(q) and g(r);
(4) to calculate the coordination number.
Fig.3 Normalized g(r) around Rb atoms in RbCl at 1023K and around Rb atom in Rb2ZnCl4 at 823K
Fig.4 (a) amorphous model pair correlation function (b) obtained from EXAFS data by regularization method
Calculate χc (k )
of the configuration
via g ij (r )
dr r k r g k j a
ij
j
ij c ),()()(χχ∑∫=
New configuration model
Move one atom with random
distance to random direction
satisfying some restriction,
e.g. closest atomic distance
For molecular system
move a whole molecule together
some rotations and individual atomic moves depending on the molecular symmetry
Under convergence condition, a series of independent configuration models are obtained.
statistic properties for the sample
can be carried out.
(1) Bond-angle distribution
Bonds : vectors joining any two atoms
not imply any chemical bounding The bond angle cosine is illustrated of the dominating local symmetry.
(2). Pair correlation function
From the simulated structure models, the averaged pair correlation and partial pair correlation functions can be obtained statistically.
The coordination distribution
All possible positions of atoms around a central atom
The shortest bond length is defined as the first minimum in the distribution function
The coordination
number distribution
of liquid GaSb
heterocoordination in the liquid state coordination number is 4 in the solid state
(6) XANES calculations
use the independent structural models
to calculate the averaged XANES spectrum to explore the electronic structure.
(7) Electronic structure analyzing
Using the structural models, we
can also study the electronic
structures by calculating the
density of states.
5 conclusion
XAFS is resultful for measurement of liquid structure
We should not stop at measured structural data. We can obtain more messages for understanding liquid structure.
We can use the three-dimensional model to get more insight of the properties liquids.
谢谢大家!。