X射线吸收精细结构谱在材料科学中的应用

简单介绍了X射线吸收精细结构谱的物理基础,数据处理方法,讨论了X射线吸收精细结构谱在元素组成,价态和结构环境方面的分析结果。结果显示,在钠钙硅酸盐平板玻璃中,二价铁离子和三价铁离子同时存在。在Ag-Na离子交换后,二价铁离子被银离子氧化成三价铁离子。当Ti2O3和锐钛矿被分别掺入硼硅酸盐玻璃后,钛离子主要以四价存在,Ti4+离子占据五重配位点。在玻璃中同时掺入锐钛矿和还原剂C,诱导三价钛离子生成,三价钛离子占据八面体配位点,使得Ti K边预边峰高度降低。包裹在钠钙硅酸盐玻璃中的银纳米颗粒界面存在张应力,使得银晶格膨胀,银原子存在两种结构环境:Ag-O配位和Ag-Ag配位。孤立银原子的存在,使得最近邻Ag-Ag配位数显著降低。

金激光等离子体X射线精细结构谱研究

在“星光 -Ⅱ”钕玻璃激光装置上 ,聚焦三倍频激光束于真空室内Au微点靶表面 ,形成高剥离态热等离子体光源 .用Pentaerythritol(PET) ( 2d =0 .8742nm)平晶谱仪 ,摄录了Au离子在 0 .3— 0 .4nm范围内的X射线发射谱 .基于相对论性多组态Dirac Fock程序包 ,建立了相对论性次组态平均能计算程序 ,结合自旋 轨道劈裂跃迁系 (SOSA)理论 ,计算了Au离子类Cu至类Ge离子细致带结构谱孤立峰的中心波长和半高全宽 .2 6条 3d—nf(n =5 ,6 ,7)类Ni至类As离子子组态跃迁形成的孤立峰得到了辨认和归类 .

Hg绿谱线超精细结构分析及相互作用常数计算

比较了Hg的546.1 nm绿谱线超精细结构的理论计算值和实验值,定出了原子超精细结构磁偶极矩相互作用常数Am和电四极矩相互作用常数Be.

苝四甲酸二酐薄膜电子结构的同步辐射共振光电子能谱研究

利用基于同步辐射的近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和共振光电子谱(RPES)研究了苝四甲酸二酐分子(PTCDA)薄膜的电子结构.碳K边NEXAFS谱中能量小于290 eV的四个峰对应于PTCDA分子不同化学环境碳原子1s电子到未占据分子轨道的共振跃迁.RPES谱中观察到共振光电子发射和共振俄歇电子发射导致的共振峰结构,以及二次谐波激发的碳1s信号.根据电子动能对入射光能量的依赖性分别对三类峰结构进行了归属.同时,发现PTCDA分子轨道共振光电子峰的强度具有光子能量依赖性.这种能量选择性共振增强效应是由于PTCDA分子轨道空间分布差异导致的.共振俄歇峰主要源于高结合能(>4.1 eV)分子轨道能级电子参与的退激发过程.明确RPES实验谱图中各个峰结构的起源有助于准确利用基于RPES的芯能级空穴时钟谱技术定量估算有机分子/电极异质界面处电子从分子未占据轨道到电极导带的超快转移时间.

X射线吸收谱测算锂氮共掺杂氧化锌薄膜局域电子结构

为了实现对Li—N共掺杂p型ZnO薄膜的形成机制以及其稳定p型导电原因的揭示,利用X射线光电子谱及基于同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱测试对薄膜的局域电子结构进行了测算分析。获得了Li—N成键及Li—N复合型受主形成的信号,利用光致发光测量计算其受主能级为122 mV。证实了薄膜中Li—N复合型受主的形成,而Li—N共掺杂p型ZnO良好的稳定性则归因于Li—N共掺杂在p型ZnO薄膜中实现了Li和N的成键。

SR-XRD和EXAFS研究Mn掺杂ZnO薄膜的微观结构

用射频磁控溅射技术在蓝宝石衬底上制备了一组不同衬底温度的Mn掺杂ZnO薄膜。质子激发X射线荧光(PIXE)测量表明,薄膜中仅有含量为5 at.%的Mn,未见其它磁性杂质元素(如Fe、Co、Ni等)。同步辐射X射线衍射(SR-XRD)表明,这些Mn掺杂ZnO薄膜具有纤锌矿ZnO结构。SR-XRD和扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)分析显示,薄膜中未发现Mn团簇或MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4等二次相,Mn原子是通过替代Zn原子而进入了ZnO晶格。

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。

1,1,2,3,4,5-六苯基硅杂环戊二烯X射线谱的理论研究

近年来苯基硅杂环戊二烯作为一类高效的有机发光二极管材料被广泛研究。本工作利用密度泛函理论结合芯态空穴近似研究了1,1,2,3,4,5-六苯基硅杂环戊二烯分子中碳原子K壳层和硅原子L壳层的X射线光电子能谱和近边X射线吸收精细结构谱,与实验谱线符合较好。通过理论结果对实验测量的1,1,2,3,4,5-六苯基硅杂环戊二烯分子的X射线谱进行了分析和标定。我们发现碳原子K壳层X射线光电子能谱在低能区283.8e V处的谱峰是由于与硅原子成键的两个电负性较强的碳原子导致的。碳原子K壳层近边X射线吸收精细结构谱中最强的吸收峰与苯分子的吸收峰类似。硅原子L壳层近边X射线吸收精细结构谱两个主要吸收峰分别来自于σSi-C＊和πSi-Ph＊跃迁。

原位XAFS表征双金属纳米催化剂PtCo/C在工作状态下的结构变化

用两步还原法制备的Pt Co/C(10 wt%Pt)纳米催化剂具有与商业催化剂Pt/C(20 wt%Pt)接近的催化反应活性,使贵金属Pt的用量减少了50%。利用上海光源BL14W1线站的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)原位X射线吸收精细结构谱(X-ray absorption fine structure,XAFS)实验装置,在以该Pt Co/C作为燃料电池的阴极催化剂,以Pd/C作为阳极催化剂的条件下,原位表征Pt Co/C在工作状态下的结构变化,Pt Co/C的非原位XAFS数据没有观察到Pt-Co合金成分,发现存在显著的Co-O键和Co-O-Co键贡献,且与Pt/C相比,Pt的氧化程度更高且具有更短的Pt-Pt金属键长,说明Pt Co/C中的Co主要以氧化物种形式存在,且Co的存在影响着活性成分Pt的结构。原位XAFS数据表明随着电压的逐渐降低,Pt Co/C中Pt和Co的氧化程度降低,揭示了在催化反应过程中Pt的d电子向过渡金属Co的转移过程。

DAFS研究NiFe／Cu多层膜结构

本文首次利用异常衍射精细结构谱（DAFS）分析技术对多层膜中的NiFe和Cu的精细结构进行了分析。从DAFS谱中，我们提取出Ni和Cu的精细结构谱，从而可以单独研究多层膜中NiFe和Cu的精细结构。与荧光EXAFS谱的比较表明，两种方法得到的谱线完全一致。该技术为研究超薄多层膜的精细结构提供一种强有力的工具。

原子光谱与外磁场强弱

1896年塞曼(Rerter Zeeman)发现原子精细结构谱线在足够强的外磁场中还要进一步发生分裂,原来的一条谱线分裂为等间隔的3条(正常塞曼效应)或更多的间隔也不尽相同的(反常塞曼效应)谱线,当外磁场进一步增强时,光谱分裂就不再呈出反常塞曼效应,而变得类似于正常塞曼效应,这种现象称为帕邢—贝克(Paschen Back)效应,这说明原子精细结构光谱在外磁场中分裂的情况除与原子及能态有关外,还与外磁场的强弱有密切关系。实际上对不同原子,外磁场“强”、“弱”是没有一定标准的,如强度为1特斯拉的外磁场,对Na—D线为弱磁场,而对Li原子则为强磁场。究竟以什么为标准来衡量外磁场的强弱呢?

硅酸盐玻璃中银铜双金属纳米颗粒的精细结构

采用离子交换结合热处理方法制备了银铜纳米颗粒/硅酸盐玻璃复合材料。利用扩展X射线吸收精细结构谱和紫外-可见吸收光谱对复合材料中银铜纳米晶的精细结构进行了表征和分析。结果表明:玻璃中银铜纳米颗粒各自分散在玻璃基质中;银纳米颗粒的Ag—Ag键长由于制备过程中产生的张应力使标准银箔发生了膨胀;铜纳米颗粒表面的Cu—O配位数由于Cu—Cu配位的出现而降低,且Cu—Cu配位数远小于标准铜箔中Cu—Cu的配位数,其键长也发生了收缩。

硫化零价铁去除水中钼酸盐的效能与机理

钼矿的开采及含钼产品的生产与使用导致水中钼污染问题日益突出.为明确硫化零价铁(S-ZVI^(bm))去除水中钼酸盐的效能及作用机理,采用球磨法制备S-ZVI^(bm),进而探究S-ZVI^(bm)在有氧条件下去除Mo(VI)的反应动力学,并采用同步辐射技术等表征手段分析其反应机理.结果表明:硫化可显著加速零价铁的吸氧腐蚀过程,进而可将Mo(VI)的去除速率及去除容量分别提高3.6~42.3倍及1.7~3.2倍.与未改性零价铁相比,S-ZVI^(bm)可对抗Mo(VI)的致钝作用,进而可在更高的Mo(VI)浓度及更宽的pH值范围内实现Mo(VI)的有效去除.同步辐射技术表征结果显示,尽管硫化预处理可提高零价铁去除Mo(VI)的效能,但并未改变零价铁去除Mo(VI)的作用机理,即S-ZVI^(bm)仍主要通过化学吸附来实现Mo(VI)的去除.

团簇取样法计算六方晶系GaN晶体中NK-edge电子能量损失谱近阈精细结构

利用多重散射自洽场方法 ,通过团簇取样计算了晶体的电子能量损失谱精细结构 .GaN晶体中NK_edge近阈结构的计算结果与实验谱线符合得很好 .由于理论结果可以对不同能量损失区间的透射电子给出清楚标识 ,讨论了有关能量过滤像的实验 .

贵州万山汞矿地区人发中汞的含量及其赋存状态的XAFS原位研究

利用氢化物发生—原子荧光法测定了贵州万山汞矿地区人发中汞的含量。结果发现,该地区从事汞制剂操作的一线工人及居民的头发中汞含量远超过世界其它各地,其平均值为837 μg/g,说明该地区受污染状况非常严重。通过XAFS法测试了3组汞含量较高的头发样品。由XANES谱得出,虽然3组头发中汞的含量不同,但其中汞离子的价态是一致的。比较样品与参考样品的EXAFS谱得出,虽然3组头发样品中汞含量不同,但汞与其最近邻原子的键长是一致的,从而其配位情况也可能是相同的。通过比较所有样品的谱图可看出,头发样品与Hg(GS)_2的配位情况相似。

基于DCM的QXAFS数据采集与控制

快速扫描X射线精细结构谱(Quick-scanning X-ray Absorption Fine Structure,QXAFS)是测定特定吸收原子近邻环境结构的一个强有力的工具,已广泛应用在固体物理、催化剂和蛋白质分子等领域。双晶单色器(Double Crystal Monochromator,DCM)是上海光源XAFS光束线站的关键设备,它能够将一定波长范围内的白光单色化,并将单色光束稳定出射至下游光学元件。上海光源XAFS光束线站数据采集程序是在Lab VIEW环境下开发的,而其采用了步进电机的DCM控制系统则采用了基于分布式控制的实验物理及工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)。由于运行环境不同,两者在装置联动时不可避免存在网络延时的缺陷并使得XAFS谱发生变形和不连续的问题。在EPICS环境下产生硬件触发信号并用其同步采集电离室和步进电机的信号,实现QXAFS数据的实时采集与控制。对标准铜箔样品进行了实验测试,结果表明该方法不仅可以保证系统获得较高的信噪比,而且可以在小于8 s的时间内获取一个完整的QXAFS谱,在小于500 ms时间内获得一个近边结构谱。该系统的实现对上海光源开展快速时间分辨的QXAFS实验具有重要的应用意义。

利用数据采集卡实现快速XAFS

在北京同步辐射实验室的1W1B XAFS实验站上利用工业控制中的数据采集技术建立了快速扫描XAFS实验方法。探讨了实验方法与各种实验参数:如单色器移动速率、采样次数、设备通信方式等的制约关系,以及获得最佳实验条件的途径。新方法可在数十秒的时间尺度内得到扩展X射线吸收精细谱,近边谱的时间可以更短,从而有可能应用于一些与时间过程有关的原位实验中。作为一个应用实例,用快速扫描X射线吸收精细结构谱(QXAFS)测量了非晶硒在快速加热过程中的结构变化。

BSRF1W1B-XAFS光束线研制

1W1B-XAFS束线是在北京同步辐射装置新建造的一条X射线吸收精细结构谱(XAFS)专用束线,于2003年初完成调试并投入运行。该束线的光强、能量范围等主要性能都达到了设计指标。本文介绍了IWlB-XAFS束线结构、光学设计、主要性能参数的测试及结果。

机械球磨硒非晶化的XAFS研究

利用低温EXAFS和XANES方法研究了晶态Se在机械球磨过程中的结构变化 .结果显示在球磨过程中引入链状分子间的中程无序 ,破坏了分子间的结合 ,而分子内Se原子以共价键结合 。

光纤分子背向散射的温度效应与分布光纤温度传感网络

本文讨论了光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射精细结构谱和光纤分子喇曼（Raman）背向散射光谱及其温度效应。作者从实验中发现1550nm光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射的温度效应强于905nm；光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射强度与温度近似成正比关系；作者讨论了光纤分子背向Raman散射温度效应在分布式光纤温度传感网络上的应用。