X射线吸收精细结构
10_X射线吸收精细结构(XAFS
图2 三种不同GeO2中Ge－K边吸收谱： 1－六方相石英型GeO2，2－四方相 的金红石型GeO2 ，3－玻璃态非晶型 GeO2
10 X射线吸收精细结构(XAFS)谱
10.1 XAFS 原理: XAFS的发展概况 这就清楚地告诉我们，XAFS 谱的特征反映了物质中原子 的近邻排列结构，从实验上 否定了LRO理论的观点，肯 定了SRO理论观点的正确性。 到了7O年代，XAFS从理论到 实验取得了一系列突破性的 进展，Stern，Sayers，Lytle 等人出色的工作使XAFS的研 究重新恢复了活力。
图2 三种不同GeO2中Ge－K边吸收谱： 1－六方相石英型GeO2，2－四方相 的金红石型GeO2 ，3－玻璃态非晶型 GeO2
10 X射线吸收精细结构(XAFS)谱
10.1 XAFS 原理: XAFS 原理 Stern，Sayers，Lytle等人论证了长 程有序理论的不真实性，建立了较为 完整的短程有序理论，他们还进一步 建立了XAFS的点散射SRO模型，并把 XAFS解释为：吸收原子的出射光电 子波受到近邻原子的散射而形成入射 光电子波，出射光电子波和入射光电 子波在吸收原子处相互干涉，使吸收 系数发生变化．当两者位相相同时， 出现干涉极大，而当两者位相相差 时，出现干涉极小，从而形成了 XAFS谱的振荡结构，谱峰和谷相应 于光电子波的干涉极大和极小。 XAFS的原理示意图见图3。
10 X射线吸收精细结构(XAFS)谱
10.1 XAFS 原理: XAFS的发展概况 早在1920年，X射线吸收谱的精细结构(XAFS)现象就被H. Fricke发现了，但一直不被人们所重视。自XAFS被发现到 XAFS发展成为一种研究原子近邻结构的有力工具，经过了半 个世纪的发展历程。 首先Kossel认为吸收边的精细结构是由低能级处的电子受到 激发后跃迁到高能级处引起的，并称之为Kossel结构。 1931年Kronigt从能带模型和跃迁几率的观点出发探讨了 XAFS现象，但他忽略了能量与跃迁几率的关系，而把XAFS 振荡结构归结为终态电子态密度的变化，由于这种解释把放 射出来的光电子当作受晶格调制的平面波，即布洛赫波，差 不多象自由电子一样在三维晶体中传播，因而这种理论被称 为长程有序(LRO)理论。
第四章X射线吸收精细结构
第四章X射线吸收精细结构X射线吸收精细结构（XAFS）是一种用于研究材料的表面和内部结构的实验技术。
它利用X射线的特性，通过测量X射线被材料吸收后的能量变化，来研究材料的原子结构和化学性质。
XAFS技术的原理是基于X射线的吸收过程。
当X射线通过材料时，它与材料的原子相互作用。
X射线与材料的原子发生作用后，可以被吸收或散射，从而改变其能量。
这种吸收和散射的过程是与材料中原子的种类、排列和化学状态有关的。
XAFS技术的实验过程包括两个主要的步骤：吸收光谱和延伸XAFS。
在吸收光谱中，X射线通过样品，并且用一个能量可调的检测器来测量被吸收的光子的能量。
通过对不同能量的X射线的吸收进行测量，可以得到吸收光谱，即吸收光子的能量与X射线入射能量之间的关系。
延伸XAFS是在吸收光谱基础上进行的。
通过对延伸XAFS的分析，可以得到关于材料原子结构和化学性质的更详细的信息。
延伸XAFS的分析涉及到对X射线与材料原子相互作用的物理过程的建模和计算，以及对实验数据的拟合。
通过XAFS技术，可以获得关于材料的彻底的信息，包括原子种类、原子之间的距离、原子排列的顺序、材料的晶体结构、材料中不同元素的化学状态等。
这些信息对于研究材料的性质和应用具有重要意义。
XAFS技术在许多科学领域有广泛应用。
在材料科学中，它可以用于研究材料的表面和界面结构，以及材料中的微观缺陷和杂质等。
在催化剂研究中，XAFS技术可以用于研究催化剂中金属原子的分布和化学状态，以及催化反应的机理等。
在生物化学和生物物理学中，XAFS技术可以用于研究蛋白质和DNA等生物大分子的结构和功能。
总之，X射线吸收精细结构是一种有力的实验技术，可以为研究材料的结构和性质提供详细的信息。
它在材料科学、催化剂研究、生物化学等领域有着广泛的应用前景。
随着新的仪器和方法的发展，XAFS技术将会变得更加精确和高效，为科学研究提供更多的可能性。
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。
X射线吸收精细结构综述
键长（± ~0.01 Å）；配位数 （最近邻原子数）
• 吸收原子周围的原子的种类、数量等信息，可以 测定待分析物中某种特定原子周围配位状况，它 反映的仅仅是物质内部吸收原子周围短程有序的 结构状态。
• 由于不同原子的吸收边相隔足够远，其EXAFS谱 互不交叠，原则上讲可以一次实验测出样品中各 种原子的配位结构。 • 该方法可表征非晶、无序和准晶材料结构。
In applications of EXAFS to surface science
SEXAFS (surface-EXS The principles and analysis are the same
XAFS提供的信息
（1）EXAFS 提供局域 (~6 Å) 结构参数
XANES 原理
• 比吸收边高出不到50eV 的吸收精细结构，是由
?
1s4p
复杂的过程，出射电子
波被近邻原子多重散射 所引起的
1s3d
--- 边前1s 3d (四面 体允许，八面体禁止)
--- 吸收最大1s 4p
氧化态的确定.更深的细
节目前尚难于分析
Cr基催化剂的XANES谱
EXAFS 原理
之间进行建设性的或者破坏性的干涉所引起的。EXAFS函 数(k)定义为：
( E) 0 ( E ) (k ) 0 ( E)
(2 )
0(E)是自由状态原子(孤立原子）的吸收系数，即不考虑散射影
响的光滑吸收背景； (E)是使实验测得的有近邻存在时中心 原子的吸收系数 =ln(I0/I) 。 要获得EXAFS振荡信号，必须先求得0(E)。 因为0(E)无法经实验测得，所以采用拟合方法确定。
• 理论描述中 EXAFS 振荡被表示为光电子波矢的正玄函数
x射线吸收精细结构谱
x射线吸收精细结构谱X射线吸收精细结构谱（Extended X-ray absorption fine structure，EXAFS）是利用X射线吸收来研究材料的结构和成分的一种技术。
它通过测量X射线在材料表面或体内被吸收的过程中产生的能谱来获得相关信息。
在本文中，我们将详细介绍EXAFS的原理、应用和发展。
EXAFS的原理基于贝尔定律。
当X射线通过物质时，它会与物质的原子发生相互作用，即被吸收和散射。
通过测量X射线的能量，可以了解到吸收和散射的过程中发生的频率以及幅度。
这些信息可以提供关于材料的晶体结构、原子间距和化学键特性等方面的信息。
EXAFS谱通常由两个主要的特征组成：前排峰型（pre-edge peak）和振荡型（oscillation）。
前排峰型是由于在吸收边上方存在未饱和的内层电子对LDOS（local density of states）贡献所引起的。
振荡型则是由于在吸收边附近形成的几个图像电荷引起的，这些图像电荷是X射线吸收后原子周围的其他原子所形成的。
通过分析这些峰型和振荡型的强度和位置，可以确定材料的结构和成分。
EXAFS可以应用于各种材料的研究，包括金属、非金属、纳米材料、生物分子和催化剂等。
在金属材料中，EXAFS可以提供关于晶体结构和原子间距的信息，例如金属颗粒的尺寸和形状。
在非金属材料中，EXAFS可以揭示材料中特定原子的化学键性质和材料的局部环境。
在纳米材料中，EXAFS可以研究与表面吸附有关的原子位置、溶质在纳米孔隙中的位置以及纳米颗粒的晶体结构。
在生物分子研究中，EXAFS可以提供关于金属离子在蛋白质中的配位环境和催化剂活性中心的信息。
通过测量X射线在催化剂表面或体内的吸收，可以了解催化剂的表面结构、吸附态和催化反应机理。
EXAFS技术在过去几十年中得到了快速发展。
随着X射线光源的不断改进，如同步辐射和自由电子激光等，EXAFS分辨率和灵敏度得到了显著提高。
同步X射线吸收精细结构
材料近代物理测试方法第二部分同步辐射技术第9章同步辐射装置第10章同步辐射应用概况第11章同步X射线散射第12章同步X射线衍射第13章同步X射线吸收精细结构第14章同步X射线显微分析一、吸收精细结构1、什么是吸收精细结构？2、吸收精细结构分析发展历程3、吸收精细结构理论二、实验装置与数据处理1、吸收精细结构实验装置2、吸收谱线的数据处理三、吸收精细结构的新发展1、联合在位测量与复合光谱2、极端条件下的吸收精细结构3、时间分辨吸收精细结构4、显微吸收精细结构一、吸收精细结构吸收精细结构是同步辐射特有的结构分析方法，可以分析吸收原子周围的近程结构，提供小范围内原子族的结构信息，包括电子结构和几何结构。
1、吸收精细结构的含义辐射线与物质作用，可以是弹性散射、非弹性散射、光电吸收及转变为热能等。
吸收系数μ的定义如下等式。
式中I 0及I 分别为入射及透射线的强度，x 为辐射线透过样品的厚度。
xe I I 0µ−=图中给出吸收系数随波长的变化曲线，在该波段范围内曲线不是单调改变的，某些位置会出现吸收突变，称之为吸收边。
由于当辐射波长短到一定程度时，光子能量足以使被照原子某内层电离，产生光电子，辐射线被大量吸收，造成吸收曲线的突变，出现曲线吸收边。
不同的能级对应不同的吸收边，如图中的L I 、L II 、L III 及K 系吸收边等。
吸收边之间曲线为单调函数 ，吸收系数μ与波长λ之关系为其中C 及D 为常数，对于不同元素和不同吸收边，这两个常数值也不同。
43λλµD C +=仔细观察曲线的吸收边附近，又可发现一些分离的峰和波状起伏，称之为吸收精细结构(XAFS)，如图所示。
精细结构区域很窄，从吸收边至高能侧(短波侧)约1000eV，它又可分为近边结构(XANES)和广延结构(EXAFS)两部分。
近边结构(XANES)又分为两部分，第一部分是自靠近吸收边的前区到吸收边后约8eV 处的一段，这是吸收边的边前结构，也称低能XANES ，其特点是存在一些分离的吸收峰、肩峰及吸收主峰；第二部分大致是吸收边后约8eV 至50eV 一段，是常规意义的XANES ，特点是连续地强振荡。
x射线吸收精细结构谱
x射线吸收精细结构谱X射线吸收精细结构谱是一种常见的分析技术，可以用于研究物质的化学组成和结构。
本文将介绍X射线吸收精细结构谱的基本原理、实验方法、应用领域以及一些前沿研究。
一、基本原理X射线吸收精细结构谱是通过测量物质对入射X射线的吸收和散射行为来研究其内部结构的一种方法。
在这个过程中，入射X射线与物质中的原子发生相互作用，其中主要包括光电效应、康普顿散射和荧光弛豫。
1.光电效应：当入射X射线的能量和材料中的原子能级之差一致时，X射线被材料中的电子吸收，并将电子从内层原子轨道上电离。
这一过程产生的吸收辐射谱能够提供关于物质中各个元素的信息。
2.康普顿散射：入射X射线与材料中的电子发生反向散射，这种散射过程会导致入射X射线的能量减少。
通过测量散射X射线的能量损失，可以了解物质中电子的运动和原子排列的信息。
3.荧光弛豫：当入射X射线的能量超过材料中一些原子内层电子的束缚能时，这些电子将被激发到高能级。
随后，这些高能级电子会发生弛豫过程，向下跃迁，发射出荧光X射线。
荧光X射线谱可以提供关于材料的元素的化学状态和原子环境的信息。
二、实验方法X射线吸收精细结构谱主要利用X射线吸收和散射过程产生的谱线来研究物质的结构。
常用的实验方法包括X射线吸收光谱、荧光光谱和X射线衍射。
1.X射线吸收光谱：通过测量入射X射线的吸收率随能量的变化来获得吸收光谱。
常用的仪器是X射线吸收光谱仪，包括单晶谱仪和多晶谱仪。
通过分析谱线的形状和峰位，可以了解物质中各个元素的存在形态、原子环境和配位数等信息。
2.荧光光谱：通过测量荧光X射线的能量和强度来获得荧光光谱。
常用的仪器是荧光光谱仪，包括光电倍增管和谱线计数器等。
荧光光谱可以提供关于材料中元素的存在形态、化学状态和原子环境等信息。
3.X射线衍射：通过测量物质中X射线的散射模式和散射强度来获得衍射图谱。
常用的仪器是X射线衍射仪，包括平行束X射线衍射仪和傅立叶变换X射线衍射仪等。
(ft)-exafs原理
(ft)-exafs原理
嗯，(ft)-EXAFS是X射线吸收精细结构的傅立叶变换技术。
首先，让我解释一下X射线吸收精细结构(EXAFS)。
X射线吸收精细结构是一种实验技术，用于研究物质中吸收X射线时原子核周围电子的结构。
当X射线穿过样品时，一部分X射线会被原子核和电子吸收，这种吸收过程会产生能量的变化，这种变化可以用来研究原子核周围电子的结构和性质。
而(ft)-EXAFS中的傅立叶变换是一种数学工具，用于将信号从时间域转换到频率域。
在这个技术中，X射线吸收谱的数据首先进行傅立叶变换，将其从能量域转换为距离域。
这种转换使得我们能够观察到原子核周围电子的距离和配位环境的信息。
(ft)-EXAFS原理的关键在于利用傅立叶变换将X射线吸收谱转换为距离域的信号，从而可以获得样品中原子之间的距离和配位数的信息。
这种技术在固体物理、表面化学、催化剂研究等领域有着广泛的应用，能够提供关于材料微观结构的宝贵信息。
总的来说，(ft)-EXAFS利用傅立叶变换技术将X射线吸收谱转换为距离域信号，从而提供了关于原子核周围电子结构和配位环境
的重要信息。
这种技术在材料科学和化学领域有着重要的应用，为研究人员提供了强大的工具来探索物质的微观结构和性质。
第六章X射线吸收精细结构(XAFS)
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(E邻) 原子种类、配位数、配位距离等）。
700
600
Ge
500
400
FT值
300 200
100
0 0
2
4
6
R (Ǻ)
8
10
图28. Fourier变换的结果，
虚线为滤出第一配位壳层的窗函数
20
10
k2(k)
0
-10
-20
0
10
20
k (Ǻ-1)
图29 Fourier变换乘以窗函数
5.EXAFS的特点
1)样品广泛 EXAFS取决于短程有序作用，不依赖长程有序，因而可测 得样品广泛，可用于非晶、液态、熔态、催化剂活性中心， 金属蛋白，晶体中的杂质原子的结构研究； 2)X射线吸收边具有元素特征，对样品中不同元素的原子， 可分别进行研究； 3)利用荧光法可测量浓度低至的元素的样品； 4)样品制备比较简单。
c)
，
的
，，
，得出归一化 。d 0 (E)
Ex k (k) [(k) 0 (k)] / 0 (E) (k) k n (k)
t(Ex) t(Ex)
(Ex) t
(E)
k (Ex) t
C03+D03
0 (Ex) t
(C13+D13)t
7.0
7.2 7.4 7.6 7.0
x射线吸收精细结构光谱
X射线吸收精细结构光谱X射线吸收精细结构（XAFS）光谱是一种强大的工具，用于研究材料中吸收X射线的原子周围的局域结构。
本文将对XAFS的基本原理、实验技术以及在材料科学和化学研究中的应用进行解析，以便更好地理解XAFS的原理和实验过程。
关键词：X射线吸收精细结构，XAFS，光谱解析，局域结构，材料科学一、引言：X射线吸收精细结构（XAFS）是一种通过测量材料对X射线的吸收特性来研究原子周围局域结构的技术。
XAFS光谱提供了关于材料中吸收X射线的原子的信息，包括它们的化学环境、半径和配位数等。
本文将对XAFS的原理、实验技术以及在材料科学和化学研究中的应用进行详细解析。
二、XAFS的基本原理：1.吸收边的结构：1.1X射线吸收：当X射线通过材料时，原子吸收X射线的能量与原子的能级结构有关。
1.2吸收边的特征：在XAFS光谱中，吸收边的位置和形状提供了关于材料中原子的信息。
2.XAFS的频谱：2.1振动结构：XAFS中的振动结构反映了吸收边的原子周围的振动信息，包括配位数和键长等。
2.2远离吸收边的振动：在吸收边之后的区域，XAFS提供了关于材料结构的更详细的信息，称为远离吸收边的振动结构。
三、XAFS的实验技术：1.吸收谱的采集：1.1吸收边扫描：通过扫描X射线能量来测量吸收边，获得吸收谱。
1.2快速扫描：利用高亮度X射线光源和快速探测器，实现快速而准确的吸收边扫描。
2.Fourier变换：2.1数据分析：使用Fourier变换技术将吸收谱转换为倒空间中原子周围结构的信号。
2.2倒空间映射：通过Fourier变换，可以获得原子间距、配位数和原子类型等信息。
四、XAFS在材料科学和化学中的应用：1.催化剂研究：1.1金属催化剂：XAFS可用于研究金属催化剂中活性位点的结构和电子状态。
1.2反应机理：通过监测反应过程中XAFS的变化，揭示催化反应的机理。
2.生物和环境科学：2.1生物大分子：XAFS可用于研究生物大分子中金属离子的结合状态。
X射线吸收精细结构
X射线吸收精细结构X射线吸收精细结构是指X射线相对于物质的吸收行为所呈现出的细微结构现象。
在X射线吸收过程中，X射线与物质相互作用，能量逐渐减小，其吸收行为受到不同原子之间的相互作用以及电子在原子内外能级之间的跃迁等因素的影响。
在X射线吸收精细结构的研究中，我们常常利用X射线吸收光谱来获得有关物质吸收行为的信息。
X射线吸收光谱是通过测量材料吸收X射线强度与入射X射线能量之间的关系来获得的。
通过对吸收光谱的分析，我们能够了解材料的化学组成、晶体结构以及电子态密度等信息。
X射线吸收精细结构的研究对于许多领域具有重要的应用价值。
首先，它在化学领域中可以用来研究化学物质的电子结构、配位环境以及化学反应动力学等方面的问题。
比如，通过分析金属催化剂中的吸收精细结构，可以了解催化剂表面上吸附物质的结构以及反应动力学，从而指导催化剂的设计和优化。
此外，X射线吸收精细结构还可以用来研究材料的电子输运行为、电荷传递过程以及氧化还原反应等。
比如，通过对半导体材料的吸收精细结构的分析，可以研究材料中电子的能级分布，从而为半导体材料的设计和应用提供依据。
X射线吸收精细结构的研究还在生命科学领域中具有重要的应用价值。
X射线吸收精细结构技术广泛应用于生物大分子的结构研究，比如蛋白质、DNA和RNA等。
通过对生物大分子的吸收光谱的测量和分析，可以获得有关生物大分子的离子化态、结构域和结合配位等信息，从而为药物设计和疾病治疗提供依据。
总之，X射线吸收精细结构的研究在许多领域中都具有重要的应用价值。
通过对吸收光谱的测量和分析，我们能够了解材料的电子结构、配位环境以及化学反应动力学等重要信息，从而为材料设计、化学反应和生物科学研究等方面提供依据。
这种研究不仅对于纯科学研究有着重要的推动作用，也在工业生产和环境保护等实际应用方面具有重要意义。
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实验方法
XAFS实验方法X射线吸收精细结构（XAFS）是一种用来研究材料的结构和电子性质的实验方法。
它通过测量材料中吸收X射线的能量修饰，可以提供关于材料中各种原子的信息。
XAFS技术在化学、物理、材料科学等领域中被广泛使用，可以用来研究催化剂、电池材料、金属合金等不同类型的样品。
在XAFS实验中，通常使用X射线吸收光谱（XAS）和X射线发射光谱（XES）这两种技术来分析材料的结构和电子性质。
XAS是通过测量材料吸收X射线的能量修饰来研究材料的电子结构。
XES是通过测量材料发射X射线的能量来分析材料中的元素。
XAFS实验方法有几个主要步骤。
首先，需要选择合适的同步辐射光源和实验室设备。
然后，需要准备样品并将样品放置在实验室设备中。
接下来，需要调整实验参数，如X射线能量、光束尺寸和时间分辨率等。
然后，进行XAFS实验并记录数据。
最后，对数据进行分析和解释，以获得关于材料结构和电子性质的信息。
XAFS实验方法的优势在于它可以提供关于材料中不同原子的化学环境和电子态的详细信息。
这对于理解材料的性质和功能是非常重要的。
此外，XAFS实验方法还有很高的灵活性，可以适用于不同类型的材料和实验条件。
然而，XAFS实验方法也有一些限制。
首先，X射线吸收截面随着X射线能量的变化而变化，所以需要选择合适的X射线能量来获得最佳的XAFS信号。
其次，样品制备和处理过程中的化学环境可能会对XAFS信号产生干扰。
此外，XAFS实验通常需要复杂的实验设置和高精度的数据分析，所以需要有一定的专业知识和技能。
总之，XAFS实验方法是一种强大的工具，用于研究材料的结构和电子性质。
它可以提供关于材料中原子的详细信息，对于理解材料的性质和功能非常重要。
然而，它也有一些限制，需要注意实验条件和数据分析的精度。
在今后的研究中，XAFS实验方法还有很大的发展空间，可以应用于更多的材料和领域。
x射线吸收精细结构谱
x射线吸收精细结构谱X射线吸收精细结构谱（XAS）是一种用于研究材料中吸收X射线的技术。
该技术被广泛应用于物理学、化学、生物学和工程等领域，以研究材料的结构、成分和性质。
在XAS研究中，实验上首先要选择合适的X射线源。
通常使用的X 射线源有同步辐射和X射线荧光光源等。
接着，利用样品吸收X射线的峰值和边缘来研究材料的化学和物理性质。
具体来说，XAS技术主要包括两种类型的信息：X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）。
XANES指的是在吸收边附近的特征峰，它们反映了材料的化学价态和结构。
这是由于当X射线被材料吸收时，内层电子会被激发并进入空位，从而产生所谓的共振效应。
此时，材料的局部电荷状态发生变化，从而产生特定的峰。
EXAFS则是指吸收边和主吸收边之间高频振动峰的信息。
这些振动峰反映了材料的晶格结构和原子键长等信息。
这是由于当X射线被材料吸收时，内层电子与外层电子进行交换，从而造成材料的局部电荷状态的变化。
此时，X射线传递到材料中的原子之间，发生散射现象，生成所谓的最小间距边缘。
总的来说，XAS技术可以提供材料内部结构的微观信息。
这种技术不仅可以研究固体材料，还可以研究液态体系和气态体系。
目前，XAS 已经成为一种重要的研究材料本质性质的手段。
在工程领域中，XAS被广泛应用于材料开发、质量控制和材料优化等方面。
例如，在汽车制造领域，XAS被用于分析材料的耐腐蚀能力、耐磨损性和强度等性质。
在电子材料领域，XAS被用于研究材料的导电性能。
总之，XAS是一种重要的研究材料结构和性质的方法。
该技术越来越被广泛应用于物理学、化学、生物学和工程等领域，在未来有望成为更多研究领域的标配技术。
X射线吸收精细结构
X射线吸收精细结构（XAFS）谱是用于描绘局部结构最强有力的工具之一。
在此技术中，我们将X射线能量调整至与所研究的元素中内电子层一致，再用于探测样品，然后监测吸收的X射线数量与其能量的函数关系。
如果采用足够的精确度，光谱会展现出小的振荡，那是局部环境对目标元素基本吸收概率影响的结果。
从光谱中，我们还能得到吸收原子与邻近原子的间距、这些原子的数量和类型以及吸收元素的氧化状态，这些都是确定局部结构的参数。
通过选择不同能量的X射线，我们可以获得样品中所有元素的此类信息。
XAFS图1为一个X射线区域吸收谱的例子。
当X射线的能量与样品中某一元素的一个内电子壳层的能量发生共振时，会出现突然的升高电子被激发形成连续光谱(图1为钚的X射线吸收谱）。
由于光谱的形状，该光谱又被称为吸收边。
多数情况下，吸收边分得很开，且目标元素只是通过扫描一个合适的能量范围来简单的选择。
沿着吸收边，随着X射线能量的增加，当X射线的穿透深度变大时，吸收率单调下降。
当光谱被扩展越过一个特定边缘时，可观察到精细结构。
当超过20到30电子伏特宽的谱峰和谱肩刚通过边沿的起点时，就出现了X射线吸收近边结构（XANES）区。
位于能量衰减至几百个电子伏特的边沿的高能量一侧的精细结构被称为X射线吸收精细结构（XAFS）。
XANES和XAFS中的精细结构已被研究得较透彻，它使XAFS能用于确定化学物质的种类与局部结构。
在边区以外，XAFS精细结构以一系列起伏振荡的形式叠加在本应为孤立原子所具有的较为平滑的吸收曲线上。
这些精细结构是由于电离出的光电子波与邻近原子对部分这些波的反向散射波之间干涉而形成的。
随着X射线能量的改变，干涉条件也发生相应改变，致使邻近原子产生了振荡式的精细结构。
XAFS的调节可通过一个单散XAFS射公式来描述，对化学家而言，公式中包含一些重要的结构测量参数。
这些参数（并非所有的）包括与吸收原子距离相等的相同原子序数的相邻原子数（即邻近原子的电子层），一个与Z相关的该电子层中每个原子的反向散射振幅函数，对偶的德拜-沃勒（Deby-waller）因子，以及一个独特的吸收体－散射体对的相移特征。
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X射线吸收精细结构(XAFS) 基本原理及在催化/能源/纳米/半导体等热门领域应用X射线吸收精细结构(XAFS) 方法是随着同步辐射发展起来的独特技术，是研究材料局域原子结构和电子结构的一种重、要方法。
相比于X射线衍射，XAFS仅仅对于吸收原子周围局域结构敏感，样品可以是固体、液体甚至是气体。
概述了XAFS的基本原理及几种常用的实验方法，结合上海光源的XAFS光束线站成果，介绍了近年来不同XAFS方法在催化、能源、纳米和半导体等材料科学热门研究领域的最新进展，展示了目前XAFS方法在材料科学研究中所发挥的重要作用。
最后根据国内同步辐射光源和相关XAFS研究方法的进一步发展，展望了XAFS技术在材料科学研究中的应用前景。
X射线吸收谱基础点滴X射线穿过厚度为d的样品后，其强度I0会因为样品的吸收而衰减为I，由此可以定义样品的X射线吸收系数:μ(E)=ln(I/I0)/d 公式（1）X射线吸收谱就是测量X射线吸收系数随X射线能量的变化曲线。
吸收边之后，会出现一系列的摆动或者振荡，这种小结构一般为吸收截面的百分之几，即X射线吸收精细结构( X-Ｒay Absorption Fine Structure，XAFS) 。
XAFS谱仅仅对目标原子的近邻结构敏感而不依赖长程有序结构，合理地分析XAFS 谱，能够获得关于材料的局域几何结构( 如原子的种类、数目以及所处的位置等) 以及电子结构信息，在物理、化学、生物、材料、环境等众多科学领域有着重要意义。
XAFS方法对样品的形态要求不高，可测样品包括晶体、粉末、薄膜以及液体等，同时又不破坏样品，可以进行原位测试，具有其它分析技术无法替代的优势。
XAFS谱主要包括两部分: X射线吸收近边结构(XANES) 和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS) ，如图1 所示。
图1 Mo 单质的K边X射线吸收谱EXAFS的能量范围大概在吸收边后50 eV到1000 eV，来源于X 射线激发出来的内层光电子在周围原子与吸收原子之间的单电子单次散射效应的结果。
20 世纪70 年代，Sayers 等基于单电子单次散射的理论(如图2a) 推出的理论表达式通过傅立叶变换后，发现傅立叶空间上的峰的位置刚好对应着吸收原子周围近邻配位原子的位置，而峰的高度则与配位原子的种类和数量相关，这一推论也得到了实验证实。
图2 光电子单次散射(a) 和多重散射(b) 示意图这个工作的完成，证实了EXAFS的短程有序理论，即EXAFS信号的产生是由邻近原子对光电子的散射而对光电子的终态波函数进行调制而形成的。
自此，EXAFS分析方法能够广泛地应用于各个领域的研究，能够定量的得到吸收原子周围的局域结构信息，为EXAFS的应用发展奠定了坚实的基础。
XANES包含了吸收边前约10 eV 至吸收边后约50 eV的范围，其主要来源于X 射线激发出的内壳层光电子在周围原子与吸收原子之间的单电子多重散射效应( 如图2b) ，理论处理相对EXAFS要复杂很多，发展则相对比较缓慢。
虽然在20世纪70 年代已经能够利用多重散射效应来解释XANES，但真正发展起来应该是在80年代。
随着对XANES的认识的提高，XANES解析也逐渐成为了重点发展对象。
XAFS成为受众多领域科学家欢迎的结构测定工具，主要是由于XAFS具有以下的特点：(1) XAFS现象来源于吸收原子周围最邻近的几个配位壳层原子的贡献，主要取决于短程有序作用，不依赖晶体结构，因此可用于非晶态材料的研究，像催化剂上活性中心、表面层结构、生物酶中金属蛋白和无定形材料的研究，甚至溶液的研究等，比通常X射线衍射的应用要更加广泛。
(2) 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特定原子的吸收边处，只测量感兴趣原子的局域环境，而不受其它元素原子的干扰。
对不同种类的原子，可由吸收边位置不同分别研究，进而得到更全面的信息。
(3) 由散射振幅对于配位原子的依赖性可以探测配位原子的种类；由散射振幅的大小可知配位原子的个数，由Debye －Waller 因子可知原子围绕其平衡位置的变化，对原子间距的测定可精确到0. 01埃。
目前国内共有两条正在运行的XAFS光束线站，分别位于北京同步辐射装置( BSRF) 和上海光源(SSRF) ，中国科学技术大学的国家同步辐射实验室(NSRL) 二期工程中也建立过XAFS光束线站( U7C 光束线站) 。
国家同步辐射实验室是我国第一个国家实验室以及第一台专用型同步辐射装置，也是我国重要的同步辐射研究中心，为国内外科学家提供性能优良的研究平台。
储存环能量800 MeV，XAFS 光束线站使用三极6T的超导Wiggler 插入件，使用Si (111) 双晶单色器，可以提供最高15 keV 的X射线。
北京同步辐射装置是我国大型公共科学仪器之一，是我国材料科学、物理、化学、生命科学以及环境科学等交叉学科的重要研究基地，为我国的科学发展做出了很大的贡献。
目前已经建有多条光束线和同步辐射实验站，储存环的电子能量为2.5 GeV，其中1W1B －XAFS光束线是BSRF的XAFS专用光束线，它是从一个七周期永磁Wiggler 1W1中引出，采用Si (111) 双晶单色器对入射X射线进行单色化。
上海光源(SSRF) 是2009年新建成的第三代同步辐射光源，性能指标可以和世界上其他先进的同步辐射光源媲美。
BL14W1光束线站是一条通用的高性能X 射线吸收光谱实验装置，它从38级Wiggler引出，实验站有Si (111) 和Si (311) 两种双晶单色器，可进行透射、荧光、掠入射、快时间分辨、高低温原位XAFS等实验。
BL14W1光束线站目前已稳定运行了9 年，使得国内的XAFS实验变得更加便捷，被越来越广泛地应用于各个学科的研究之中。
XAFS 实验方法XAFS实验主要使用透射法、荧光法和全电子产额法，其中透射法是最早使用也是应用最多的实验方法。
透射法的原理是直接通过对入射X 射线和透过样品后剩余X 射线强度进行测量，计算出样品对入射X射线的吸收；荧光法的原理是芯态电子吸收X射线光子能量后被激发为光电子后，因为芯态空穴的产生导致了荧光X 射线的出现，其强度与吸收成正比，因此对荧光X射线的测量，也能够正确地反映出样品对入射X射线的吸收情况。
由于荧光X射线的能量是固定的，因此实验中可以采用滤波片、具有能量分辨的固体探测器或分析晶体来减少背底，这样能在很大程度上提高信噪比。
荧光法很适合于低浓度样品的XAFS实验，特别是生物环境体系中的一些样品。
全电子产额法与荧光法类似，是通过测量样品目标元素被激发后产生的二次电子和俄歇电子形成的电流来获得XAFS信号，样品要求导电。
详解透射法透射法的实验原理图如图3a 所示。
经双晶单色器后，入射的X射线成为波长可调的单色光。
利用前后电离室分别测量通过厚度d 的样品前后X射线强度I0和I1，利用式(1) 就可以计算得到样品吸收系数μ( E) 。
透射法通常用于待测元素质量百分比含量大于5%的样品。
实验过程中，前电离室吸收的入射光强I0约为20%的时候信噪比较好。
一般情况下，根据待测元素的吸收边能量的不同，前后电离室需要通入不同比例的气体，从而保证适当的光子被吸收。
图3 XAFS透射法实验示意图( a) 和XAFS荧光法实验示意图( b)详解荧光法荧光法的实验方法如图3b所示。
荧光法利用荧光探测器收集到的样品发出的荧光信号，除以前电离室的信号I0来获得吸收系数，如式( 2) 所示:μ∝I f/I0为了保证荧光探测器有最大的接收角，同时散射光强度最小，样品与入射的X 射线成45°角，荧光探测器与样品也成45°角，并且垂直于入射的X射线的方向。
荧光法主要适合测量待测元素含量浓度较低或绝对量较少的样品。
荧光法常使用的探测器为Lytle探测器和固体探测器。
对于待测元素浓度不是特别低的样品( 大于千分之一) ，可以使用Lytle探测器。
Lytle本质上是一个加了滤波片和索拉狭缝的气体电离室，索拉狭缝的存在是为了减少杂散光对荧光计数率的影响。
实验中根据要探测元素的不同，为了减少散射的X 射线对荧光信号造成影响，要在探测器前放置合适的滤波片，滤波片一般选择待测元素的荧光能量和入射X射线能量之间有吸收边的元素单质薄片。
具体到K吸收边，滤波片材料一般采用Z-1 号元素作为滤波片即可( Z 为测试元素序号，4d 元素选择Z-2 号元素作为滤波片) 。
当待测元素的浓度很低( 几十个ppm 以下甚至几个ppm) ，Lytle 探测器就很难收集到信噪比较好的XAFS数据了，这时就需用固体探测器来作为荧光探测器。
固体探测器是以半导体材料为探测介质，工作区域为半导体的耗散层，它最大的优点之一是具有很好的能量分辨能力。
因此在XAFS实验中，能够滤除掉非需要的信号，包括散射、其它元素的荧光信号等，极大地减少背底干扰。
因此固探非常适合那些体系复杂的样品。
详解全电子产额法全电子产额法(TEY) 是通过测量样品的电流来获得XAFS信号。
在这种模式下进行测量，从样品中出射的所有电子都将被收集作为信号，这些电子包括弹性光电子、俄歇电子和一些非弹性电子。
俄歇电子的数量远远多于二次电子，所以在TEY模式下测量的有用信息主要是俄歇电子。
在这些电子中的俄歇电子和其他二次电子也与吸收系数μ( E) 成正比，因此可以通过探测二次电子和俄歇电子来获得XAFS信号。
全电子产额方法的优点是装置简单，有一定的表面分析能力，缺点是样品要求导电，有较大的背底，不适合于高浓度厚样品。
常规XAFS方法在材料科学中应用解析XAFS谱仅对目标原子的近邻结构敏感而不依赖长程有序结构，通过对XAFS谱的解析能够获得关于材料中目标元素的局域原子结构及电子结构信息，对于不具有周期性结构的样品有着重要意义。
目前XAFS方法已成为催化和材料研究领域的一种重要表征手段，以上海光源BL14W1光束线站为例，如图4所示，目前材料、催化等相关领域的用户数量已占总用户数的一半以上。
图4 上海光源BL14W1光束线站用户历年发表的文章数量和影响因子大于5的文章数量(a) ，BL14W1光束线站用户历年发表的影响因子大于5和一区文章所占的比例(b) 和BL14W1光束线站用户的学科分布( c)单原子催化剂可以最大限度提高催化材料的金属原子利用率，因此逐渐成为近几年催化领域的研究热点。
但其由于含量较低，没有晶态的长程结构，常规表征比较困难，XAFS成为此类材料不可或缺的表征手段。
例如中科院大连化物所张涛课题组以氧化铁为载体成功制备出首例具有实用意义的“单原子”铂催化剂，利用XAFS方法( 荧光模式) 和高分辨电镜技术证实了“单原子”铂的存在，无任何亚纳米或纳米聚集体。