同步辐射X射线吸收谱及其在矿物学、地球化学中的应用

矿物谱学是目前矿物学，甚至岩石学、地球化学中方兴未艾的一个研究领域。但现在常用于矿物学研究的谱学方法都有一定的局限性，如穆斯堡尔谱只能研究穆斯堡尔核，通常为５７Ｆｅ、１１９Ｓｎ。可见吸收光谱限于研究能产生颜色的过渡金属离子或色心，电子顺磁共振谱要求被...

铂单原子催化剂同步辐射X射线吸收谱的研究进展

相比于传统块体材料,铂单原子催化剂(Pt SACs)具有接近100%的贵金属利用率、优异的催化活性和均一的反应位点等优势,近年来逐渐成为催化研究的前沿之一.高度分散的Pt原子与载体之间的界面相互作用很大程度上决定了Pt SACs的物理和化学性能.因此,建立金属-载体相互作用与性能之间的内在关联机制,对于单原子催化剂的优化设计至关重要.得益于同步辐射光源高亮度、高准直性和宽波谱的优势,X射线吸收谱技术在鉴别单原子催化剂的电子结构和局域配位方面的成果显著.本文综合评述了Pt SACs X射线吸收谱的研究进展,重点介绍了Pt与金属氧化物、金属、纳米碳和多孔有机框架等载体之间独特的相互作用,以及其对性能的影响机制,并对未来同步辐射新技术在Pt SACs的高分辨解析方面的前景进行了展望.

贵金属磷化物催化剂及其同步辐射X射线吸收谱

电催化技术是可再生能源储存和转换领域中最有吸引力的技术之一,其中贵金属纳米材料具有优异的电催化活性。贵金属在地球中的储量少且开发成本高,如何在减少贵金属用量的同时提高催化剂活性和稳定性一直是电催化应用领域的研究焦点。贵金属磷化物作为新型电催化剂因其多功能活性位点、可调的结构和组分以及新颖的物理化学性质等优点,受到了研究人员的广泛关注。与过渡金属磷化物相比,贵金属磷化物具有更高的本征活性,且在酸性条件下具有更好的稳定性。本综述介绍了近年来贵金属磷化物电催化剂的设计合成、结构调控、X射线吸收谱表征及其在电催化应用中的研究进展,据此讨论当前所面临的机遇和挑战,并展望原位同步辐射X射线表征技术在未来贵金属磷化物电催化剂研究中的应用前景。

同步辐射软X射线近边吸收谱方法研究长期施肥对黑土有机碳官能团的影响

以定位20年的黑土肥料试验为平台,利用同步辐射软X射线近边吸收谱(C-1sNEXAFS)方法,研究了长期施用化肥以及化肥配施玉米秸秆对土壤有机碳官能团的影响。结果表明:与不施肥的空白处理(CK)相比,单施化肥(N,NPK)后土壤的芳香C和羧基C含量增加,脂族C和羰基C含量下降,脂族C/芳香C比值降低;与单施化肥处理相比,化肥配施玉米秸秆后芳香C含量下降而脂族C含量增加,脂族C/芳香C比值增加,并随玉米秸秆用量增加表现的更为明显;无论配施玉米秸秆与否,NPK肥混施处理的芳香C、脂族C以及脂族C/芳香C比值均高于单施N肥处理。上述结果说明,单施化肥比不施肥使土壤有机碳官能团中芳香类化合物的相对比例增加,而脂肪烃类化合物的相对比例下降;化肥配施玉米秸秆则比单施化肥增加了脂肪烃类化合物的相对比例,配施高量比低量玉米秸秆的增加趋势更为明显,同时NPK肥混施比单施N肥有利于提高脂肪烃类化合物的相对比例。C-1sNEXAFS方法能够原位表征长期定位施肥条件下土壤有机碳官能团组成的变化。

同步辐射微区X射线荧光和吸收谱技术在大气、土壤和动植物分析中的应用

同步辐射微区X射线荧光(Synchrotron micro-X-ray fluorescence spectroscopy,μ-SXRF)能够对物质进行元素分布分析和微区原位测定,具有高灵敏度、低检出限的特点。同步辐射X射线吸收谱技术(X-ray absorption fine spectroscopy,XAFS)能够提供原子周围的配位环境和化学形态,适用于进行元素形态分析。大气飘尘、土壤和动植物等是环境中元素迁移转化的重要载体,获取具有生物学意义的元素分布和形态,以及准确的定性或定量信息对研究这些元素在环境和生物体中的作用至关重要。随着研究的发展,同步辐射微区分析技术在此领域中得到越来越多的应用。本文介绍了同步辐射技术的基本原理和发展历程,回顾了近几年μ-SRXRF和XAFS技术在大气飘尘、土壤、植物和蚯蚓中元素的分布与形态研究领域的应用进展,对目前应用于此领域遇到的一些挑战进行了概括,并对其未来发展趋势提出了展望。

同步辐射X射线吸收光谱在环境矿物学中的应用

本文介绍了同步辐射X射线吸收光谱(XAS)在环境矿物学中的应用与进展,尤其是在矿物载体催化剂的环境催化活性研究、固-液界面的微观机制研究、毒性痕量元素在矿物中赋存状态的研究、核废料的矿物处置研究等方面的发展现状。最后指出,XAS对推动环境矿物学的发展、优化环境矿物材料和原料的工艺流程具有独特的优势,在我国还有待进一步加强其发展和应用。

原位微区同步辐射X射线荧光和近边吸收谱研究铅耐受细菌吸附-转化铅机理

为了从微观水平研究细菌生物吸附及转化铅机理,利用原位微区同步辐射X射线荧光(μ-SRXRF)及X射线吸收近边结构谱(XANES)研究云南兰坪铅锌矿区农田土壤样品中筛选的铅耐受性细菌吸附铅的分布特征及铅形态转化规律。土壤中具有铅耐受性的菌株主要为Arthrobacter sp.属(节杆菌属),采用μ-SRXRF对其吸附铅的含量进行快速简单直接分析,部分细菌吸附铅的含量高达5925μg/g,富集系数达14.8。XANES结果表明,细菌吸附Pb后存在形态为Pb S、(C_(17)H_(35)COO)_2Pb和Pb_5(PO_4)_3Cl分别占58.0%,22.2%和19.8%,与培养基本身以有机态为主的Pb形态有明显差异,表明培养基中铅被细菌吸附后有向硫化物转化的趋势,这为研究重金属生物有效性的影响因素提供了实验参考。

3d过渡金属软X射线吸收谱学的理论计算进展

3d过渡金属化合物具有部分填充的3d壳层,展现出丰富多变的物理化学性质,在传感器、磁存储器、光电子器件、光催化以及电化学方面都有着广泛的应用,因此确定和理解它们的电子结构是极其重要的。软X射线吸收谱学的定量解析依赖基于晶体场理论和杂化理论的全原子多重态的理论计算方法,可以获取过渡金属及其配体的精细电子结构信息。在这篇综述中,首先简要介绍了软X射线吸收谱学的理论计算的基本原理,关键参数以及谱学计算软件等;随后,讨论了谱学理论计算在解析3d过渡金属化合物电子结构方面的应用,并着重介绍了其在电化学领域的应用。最后,对这一领域未来的发展提出了一些展望。

同步辐射X射线荧光和吸收谱技术在环境汞污染研究中的应用进展

汞作为一种重要的全球性重金属污染物,被许多国际组织列为优先控制污染物。常规的汞分析手段,例如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子荧光光谱(AFS)等,对汞的分析精度较高,方法比较成熟,但对样品前处理要求也较高。同步辐射技术由于其高、精、准的优势,且对样品前处理要求比较简单、可实现原位无损分析,因此被广泛应用于环境样品的分析中。随着研究的发展,同步辐射X射线荧光光谱(SRXRF)和同步辐射X射线吸收光谱(SRXAS)技术在环境汞污染分析领域得到了越来越多的应用。主要介绍了我国环境汞污染现状及污染特征,同步辐射技术对于汞分布蓄积、含量和化学形态分析方面的独特优势,重点回顾了本项目组和其他一些研究组近几年关于SRXRF和SRXAS技术在环境介质如土壤、植物体内汞的分布蓄积、相对含量和化学形态转化研究领域的应用进展,对进一步发展并提高同步辐射技术在环境及生物体汞污染水平、毒性机理和生态毒理评价方面的应用进行了展望。

同步辐射中能X射线近边吸收谱方法研究不同施肥制度对土壤中硫形态的影响

土壤中硫是继氮、磷、钾之后的第四位重要的营养元素,它的形态转化对农作物生长等有很大的影响。本文利用同步辐射中能X射线近边吸收谱(XANES)方法研究用于长期定位试验的不同施肥制度的潮土,利用实验谱拟合出土壤中硫的不同价态的百分含量。结果表明,还原态,中间价态和高氧化态的硫在土壤中都存在,但主要以高氧化态的形式存在;不同的施肥制度对土壤全硫的含量也有不同的影响,不同氧化态的硫的比例和含量也都发生了变化。

同步辐射X射线近边吸收谱法研究———二元金属重整催化剂中铂和铼的化学态

北京同步辐射装置（ＢＳＲＦ）提供同步辐射（ＳＲ）可调单色光，用Ｘ射线近边吸收谱法测得Ｆｅ３＋～Ｆｅ０和Ｎｉ３＋～Ｎｉ０的Ｋα吸收边能量位移分别为１０ｅＶ；Ｐｔ（Ⅳ）～Ｐｔ０的ＬⅢ吸收边能量位移为２ｅＶ；Ｒｅ（Ⅳ）～Ｒｅ０和Ｒｅ（Ⅶ）～Ｒｅ０的ＬⅢ吸收边能量位移分别为３ｅＶ和４ｅＶ，其化学位移测量的标准偏差为±０５１ｅＶ（２σ）。

基于同步辐射的X射线吸收谱探讨LiFe_xMn_(1-x)O_2的精细结构（英文）

利用共沉淀法合成出了一系列化合物LiFe_xMn_(1-x)O_2(0≤x≤1),电化学测试表明LiFe_(0.25)Mn_(0.75)O_2可逆容量最高,当倍率为0.1C(1C=140mA/g)时,可逆容量可达180mAh/g.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线吸收谱(XAS)对所制备的材料的组成、形貌和精细结构进行了表征.XRD和XAS的结果显示LiFe_xMn_(1-x)O_2(0<x<1)含有三重晶体相即尖晶石相(LiMn_2O_4)、富锂相(Li_2MnO_3)和层状相(LiFeO_2).另外,XAS结果证明材料中的Mn相和Fe相是随机堆叠的.该研究表明Fe的替代影响了晶体相的组成和Mn相的局域结构,进而调节了该正极材料的电化学性能,得到当x=0.25时最优的电化学性能.

利用同步辐射X射线吸收光谱技术表征Ziegler-Natta催化剂活性位点的研究进展

Ziegler-Natta催化剂是聚烯烃生产的核心,但在原子层面对催化剂结构和聚合机理的认识仍不够清晰。同步辐射X射线吸收光谱(XAFS)技术可有效观测催化剂活性中心原子临近壳层的化学结构,辅助探究聚合机理。综述了利用XAFS技术对Ziegler-Natta催化剂进行表征的研究进展,重点关注催化剂各组分对活性中心结构的影响,并对聚合机理的研究进行总结。

固体表面结构的同步辐射研究:X射线吸收近边结构(XANES)

表面x-射线吸收近边结构是与团体表面原子的内壳层的电子向未占据轨道跃迁密切相关的。吸收边阈值之上的大约50eV的低能范围的潜图结构含有与吸收原子近邻的局域结构和局城电子态相关的信息。因此它已经成为研究固体表面局域特性，诸如同城几何结构，键长和键角的有用工具．为了和实验的表面XANES谱一致和对实测XANES谱进行解释，已经发展起来多种XANES的理论计算方法，比较成功的有能带结构近似理论和多原子体系的多重散射理论近似方法．在本文中，还简要介绍了利用同步辐射进行表面XANES实验的技术要求和相关方法的比较，并给出了若干实例说明表面XANES在固体表面结构研究方而的应用．

北京正负电子对撞机同步辐射X射线能谱的测量

本文提供了北京正负电子对撞机同步辐射光束线上X射线能谱的首次测量结果,文章对探测器和谱仪系统、测量方法及数据分析予以扼要的描述。

聚乙烯醇修饰Fe_3O_4纳米颗粒的制备表征及同步辐射X射线光电子能谱研究

采用水溶性高分子聚合物聚乙烯醇(PVA)对Fe_3O_4纳米颗粒表面进行功能化修饰,利用透射电镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、Zeta电位检测、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和热重分析(TGA),对包被前后Fe_3O_4的粒径、分散稳定性、PVA的包覆效率及纳米颗粒进入细胞的量进行了表征研究。通过同步辐射X射线光电子能谱技术(SRXPS)对修饰前后的Fe_3O_4表面的化学组分、表面原子的化学结构、化学键合情况进行了定性分析,给出了PVA与Fe_3O_4纳米颗粒作用的反应机理。结果表明,PVA修饰后的Fe_3O_4在溶液中稳定分散的时间大大延长,且进入细胞的量明显增多。SRXPS分析证明,PVA大分子链上的-OH功能团与纳米粒子表面富含的-OH功能团通过氢键的方式结合,形成稳定分散的PVA-Fe_3O_4,从而有利于其生物利用。

高比能二次电池正极材料的X射线谱学研究进展

二次电池具有高能量密度和长循环寿命等特点,为储存并利用清洁能源提供了有效的解决方案。为了满足社会日益增长的能源需求,进一步研究和开发二次电池迫在眉睫,而X射线表征技术可以为二次电池的研究、设计与应用提供全方位视角。基于此,本综述通过对近几年相关文献进行归纳总结,综述了X射线谱学技术在二次电池领域的最新进展以及遇到的问题,重点介绍了X射线表征技术(主要包括X射线光电子能谱、X射线吸收谱和共振非弹性X射线散射等)的基本原理、在二次电池领域的最新研究成果和科学挑战,详细阐释了不同X射线表征手段的技术特点、适用条件和独特优势,并对未来X射线谱学在二次电池领域的应用提出展望。综合分析表明,X射线表征技术可以提供一系列电极材料晶格、电子、物相结构等基本信息,实现从宏观尺度到微观尺度的电极材料结构表征,进而系统揭示电极材料晶体结构与电子结构演变、电荷补偿机制、离子与电子输运以及表界面化学过程等信息,为二次电池性能提升和技术瓶颈突破提供支持。

同步辐射光刻的X射线反射谱表征

采用X射线反射(XRR)谱对同步辐射导致的氧化物薄膜的刻蚀进行了在位测试,结果表明波长为0.154nm的单色X光在室温下可对MgO和Cr2O3产生轻微的刻蚀。与文献中大量报道的同步辐射X射线光刻及烧蚀不同,这是单色X射线光刻的首次报道。尽管刻蚀速率极慢,但利用XRR谱的高分辨率,成功地检测到了膜厚的减薄。

锂电池正极材料化学及形貌的X射线纳米谱学成像研究

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场透射显微镜(TXM)是一种可无损研究物质内部结构且具有纳米分辨的成像技术。随着高亮度、高性能同步辐射光源的发展,同步辐射的TXM技术获得了快速发展,使得TXM成像方法具有更高的实验效率和空间分辨率。X射线纳米谱学成像(TXM-XANES)是将TXM与X射线吸收近边结构谱(XANES)有机结合的成像方法,TXM-XANES能够从纳米尺度上表征微米级能源材料的内部元素空间分布及化学态等信息,解决了常规方法由于表征材料局部区域而缺乏整体表征,或表征集合平均值特性而错过材料局部化学状态变化的问题。TXM-XANES作为基于TXM发展的多模态联合表征技术,已逐渐成为能源材料研究的重要实验方法之一。介绍了上海光源纳米三维成像线站及TXM成像系统,阐述了X射线纳米谱学成像方法的原理及其特点。X射线纳米谱学成像和纳米CT方法对锂离子电池正极高镍层状三元氧化物材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)粉体进行了表征,获得了纳米尺度下NCM622单颗粒样品中Ni元素化学态的空间分布信息及单颗粒的三维结构信息。对电池材料的三维X射线纳米谱学成像方法进行了介绍和展望。

分段平滑的贝叶斯迭代法重建脉冲X射线能谱

吸收法测量脉冲X射线能谱时,测量数据的微小扰动会引起重建能谱的较大波动,甚至出现不符合物理规律的负值。针对测量数据的噪声对脉冲X射线重建能谱影响较大的问题,构建了重建能谱准确性的评估方法,分析了贝叶斯迭代法对包含不同程度噪声干扰的测量数据重建能谱的准确性。通过在贝叶斯迭代法中加入平滑约束条件的方式,降低了噪声对重建能谱的影响。根据预估待测能谱的特征,提出了以能谱峰值为界分段平滑的方法,比较了整体平滑和分段平滑方法的能谱重建效果。多次求解表明,分段平滑贝叶斯迭代法的重建能谱对噪声的敏感度显著下降。设计了基于吸收法的能谱测量系统,分别利用平滑前后的贝叶斯迭代法依据实验测量数据重建能谱,结果表明,分段平滑的贝叶斯迭代法的重建能谱更接近理论能谱,重建效果更好。