X射线衍射分析及其应用

例5： GeAgxSbxSe1+2x 样品晶型转变
Fig5 GeAgxSbxSe1+2x样品的XRD图谱
Zhiwei Huang, Samuel Miller. High thermoelectric performance of new rhombohedral phase of GeSe stabilized via alloying with AgSbSe2 [J]. Angew Chem. 19(2017) 78–105.
例3：CsPbI3·xEDAPbI4 薄膜的结构表征
作者采用碘化铅与氢碘酸的配体PbI2.xHI来代替传统的PbI2 同时，通过创造性的引入乙二胺铅碘这一基于双胺阳离子二维 钙钛矿组分构筑二维-三维混合钙钛矿，从而调整全无机铯铅 碘钙钛矿的晶粒大小，稳定其钙钛矿晶相，并实现了良好的电 子传输，这是目前溶液法制备铯铅碘钙钛矿太阳能电池的最高 效率。特别是该方法制备的钙钛矿薄膜的相稳定性得到极大提 升，在室温下钙钛矿相可以稳定数月，并且在100°C下也可以 稳定保持该钙钛矿相。
Fig4 CsPbIBr2钙钛矿薄膜XRD谱图
Chong Liu, Wenzhe Li. Ultra-Thin MoO x as Cathode Buffer Layer for the Improvement of All-Inorganic CsPbIBr 2 Perovskite Solar Cells[J]. Nano Energy. 15(2017) 126–135.
例2：无定形硅烷封端聚醚3D结构聚合物电解质
聚氧化乙烯（PEO）是研究较早且广泛的聚合物电解质， 具有诸多优点。但是，PEO-PE的锂离子电导率低和电化学稳定 窗口窄等问题大大限制了其应用前景。
作者通过硅烷封端聚醚（MSTP）单体聚合，引入四乙二 醇二甲醚（TEGDME），制备了一种具有交联网状结构的无定 形硅烷封端聚醚聚合物电解质（MSTP-PE），提高了离子电导 率并改善了电极的界面兼容性。
11、织构 12、残余应力 13、未知物相指标化 14、晶体缺陷 15、微观应变 16、颗粒尺寸分布
………………………
4、XRD在新能源方向的应用
例1：层状 SnSe0.5S0.5 作为高性能锂/钠离子电池 负极材料
作者通过多元醇法，将硫族中的S，Se两种元素与Sn完美 结合，合成出具有典型层状结构SnSe0.5S0.5纳米合金，并利用 水热反应制备出SnSe0.5S0.5/C复合材料。该材料作为锂/钠离子 电池的负极表现出高的比容量及优异的循环性能（锂电在 0.5 A/g 下，循环1000圈保持625 mA h g-1；钠电在0.2 A/g下， 循环100圈保持430 mA h g-1）
Fig 7 FC-2和Fe2O3的XRD谱图
Taiwo Odedairo, Xuecheng Yan. Hexagonal Sphericon Hematite with High Performance for Water Oxidation[J]. Advanceed Materials. 30(2017) 2–6.
Fig3-1 CsPbI3·xEDAPbI4钙钛矿XRD图谱
Fig3-2 CsPbI3·0.025EDAPbI4薄膜在干空气中100oC下保持一周的XRD
Taiyang Zhang, M. Ibrahim Dar. Bication lead iodide 2D perovskite component to stabilize inorganic a-CsPbI 3 perovskite phase for high-efficiency solar cells[J]. Science Advances. (2017) 46–65.
半高宽 结晶性 微晶尺寸 晶格点阵
样品方位与强度变化: 单晶定向； 多晶择优取向
非晶质的积分强度 结晶质的积分强度
结晶化度
定量分析
角度（2θ ）
3、XRD的应用
1、物相定性 2、物相定量 3、结晶化度 4、晶胞参数精密化 5、择优生长 6、纳米晶粒尺寸 7、介孔分布与孔径 8、薄膜物相、缺陷、厚度 9、固溶类别和固溶度 10、未知物相晶体结构解析
Fig1 SnSe0.5S0.5/C 复合材料的XRD图
Qiming Tang, Yanhui Cui. Ternary Tin Selenium Sulfide (SnSe0.5S0.5) Nano Alloy as the High-Performance Anodes for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries[J]. Nano Energy .41 (2017) 377–386.
5、XRD测残余应力
测定原理：
残余应力
晶格畸变
晶面间距变化
定性判断
XRD衍射峰位置发生偏移
2d sin n
定量测定
测量衍射峰偏移的多少
Δθ
计算残余应力的大小
Fig 6 不同脉冲次数HCPEB处理前后纯镍的XRD图
6、XRD测择优取向
作者利用简单的溶剂热-浸渍法制备出了Ce-Ni修饰六方八面体赤铁矿 (FC-2)，相比对照的α-Fe2O3 。
例4：“稳定过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜
作者开发了一种通过“稳定过渡相薄膜”制备高致密、高 溴含量的CsPbIBr2无机钙钛矿薄膜，薄膜经氮气环境中高温退 火后表现出低功函的n型半导体材料特性，将其作为阴极缓冲 层能够有效的降低肖特基势垒、接触电阻和界面缺陷，进而器 件效率也由1.3%提升至5.52%。此外，该结构的全无机钙钛矿 太阳电池表现出优异的热稳定性。
原子在晶胞中位置及原子种类则决定了衍射强度。 但是由于物质的晶体不完整性，必然会影响X射线空间干涉强度分布，
在稍偏离布拉格方向上也出现衍射，造成X射线衍射峰形状的改变，例如导 致衍射峰宽化和峰值强度降低
2、衍射谱图的分析
峰位 面间距d → 定性分析 点阵参数 d漂移 → 残余应力 固溶体分析
强 度
Fig2 PEO-PE和MSTP-PE的XRD比较
Zhiyuan Lin, Haijun Yu. Amorphous modified silyl-terminated 3D polymer electrolyte for high-performance lithium metal battery [J]. Nano Energy .41 (2017) 646–653.
2018
X射线衍射分析及其应用
2018年11月9日
目录 CONTENTS
Hale Waihona Puke Baidu
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1 衍射谱图的认识 2 衍射谱图的分析 3 XRD的应用 4 XRD在新能源方向的应用 5 XRD测残余应力 6 XRD测择优取向
1、衍射谱图的认识
1、衍射谱图的认识
1、物质结构状态与衍射图谱
自然界中物质常见的结构状态包括： （1）原子完全无序
（2）原子近程有序但远程无序（非晶）
（3）原子近程有序和远程有序（理想晶体） （4）实际晶体
2、晶体的衍射谱线
(1) 衍射峰位 衍射峰位角2θ是反映衍射方向的问题，主要与辐射波长、晶格类型、 晶胞大小及形状有关。
遵循 Bragg方程： 2d sin n
（2）衍射强度 衍射积分强度，是X射线受晶体中众多电子散射后的干涉和叠加结果。