台式easyXAFS助力科研突破，连续登上Nature子刊！

发布日期：2025-03-11

在科研领域中，材料微观结构的精准分析对于推动各个学科的发展至关重要。X 射线吸收精细结构谱（XAFS）技术作为一种强大的材料表征手段，能够深入揭示材料的元素价态、化学键、配位结构等关键信息。近期，easyXAFS频繁登上Nature Communications，助力科研人员在单原子、纳米材料、环境、能源及传感器等领域取得重要进展。easyXAFS无需同步辐射光源，可以在常规实验室环境中实现X射线吸精细结构谱XAFS测试，获得媲美同步辐射光源的优质谱图，能为科研工作提供精准可靠的数据支持。这一特性打破了同步辐射 X 射线光源在时间、空间上的限制，让XAFS表征技术科研场景中发挥重要作用，推动相关领域的研究进程。

台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS/XES

一、环境领域：打破单原子催化剂活性-稳定性权衡问题

单原子催化剂（SACs）在可持续类芬顿催化领域具有广阔的应用前景，然而在基于过硫酸盐（PMS）的体系中，始终面临着活性和稳定性的权衡问题。针对此问题，科研人员设计了一种纳米岛封装的单钴原子（CoSA/ZnO−ZnO）催化剂，通过 “岛 - 海” 协同效应增强 PMS 活化的活性和稳定性，并利用easyXAFS 对新设计的纳米岛封装单钴原子（CoSA/ZnO - ZnO）催化剂进行了深入研究。通过 Co-K 边的 XANES 分析，发现CoSA/ZnOZnO中 Co 原子的吸收边介于 CoO 和Co₃O₄之间，表明 Co 原子呈现 + 2 和 + 3 之间的混合价态。FT-EXAFS 分析在 2.28 和 1.38 处识别出两个明显的峰，分别对应 Co-Zn 和 Co-O 配位 ，且没有 Co-Co 峰，证实了结构中不存在 Co 团簇。小波变换（WT）-EXAFS 结果进一步证实了 Co-Zn 和 Co-O 壳层的存在以及 Co 位点的原子分散状态。这些精准的分析结果为揭示催化计的结构和性能关系提供了关键依据，有效打破了 SACs 中常见的活性-稳定性权衡问题，实现了污染物的高效降解。该研究成果不仅为环境污染物处理提供了新的解决方案，也彰显了 easyXAFS 在探究催化剂微观结构方面的强大能力。

参考：《Nano-island-encapsulated cobalt single-atom catalysts for breaking activity-stability tradeoff in Fenton-like reactions》Nature Communications | (2025) 16:115

二、传感领域：助力新型传感器研发

氮氧化物作为主要的空气污染物之一，对生态和人类健康造成了严重威胁。目前的检测技术在稳定性和选择性方面存在局限，迫切需要新的检测手段。在《Titanium nitride sensor for selective NO₂ detection》一文中，科研人员借助台式easyXAFS对制备的过渡金属氮化物传感器进行了深入研究。通过元素敏感的X 射线吸收光谱（XAS）测量样品，对 TiN-600 中氮空位（NVs）的局部配位进行原子水平的研究。XANES 光谱显示，TiN-600 的近边吸收能量相较于 TiN-CM 发生负移，表明由于 NVs 的形成，Ti 的平均氧化态略有降低，这与 Ti 2p XPS 的观测结果一致。通过 EXAFS 分析研究 NVs 的局部配位情况，发现 TiN-600 中 Ti-N 键强度比 TiN-CM 弱，表明 Ti-N 配位数减少，NVs 增加，为 NVs 的形成提供了有力证据。基于研究结果，科研人员成功制备出对NO2具有超卓选择性的传感器，其灵敏度比最强的干扰气体 NO 高 30 倍，且 6 个月内保持稳定，不使用铂或其他贵金属，为环境监测技术带来了新的突破。这一成果充分体现了 easyXAFS 在能源相关的传感器研发领域的重要价值，为新型传感器的性能优化提供了关键的数据支撑。

参考：《Titanium nitride sensor for selective NO₂ detection》Nature Communications | (2025) 16:182

三、材料科学领域：推动 MXenes 材料合成研究

MXenes 材料在电子、光学和机械性能方面表现出色，但直接合成少层单相 MXenes 面临挑战。本研究提出一种一步气相合成方法，成功制备了少层单相Ti₂NCl₂和Ti₂CCl₂，并运用 easyXAFS 对新合成的材料进行深入分析。通过对合成的Ti₂NCl₂进行 EXAFS 光谱拟合，识别出 Ti-N、Ti-Cl 和 Ti-Ti 散射路径，其配位数分别为 3、3 和 6，与晶体学模型一致，表明合成的Ti₂NCl₂钛空位浓度很低。结合 EPR 光谱分析，进一步证明了新和成的Ti₂NCl₂和Ti₂CCl₂中的钛空位的比例相较于传统蚀刻法得到的材料更低。这些研究成果为揭示一步气相合成法制备少层单相 MXenes 的反应路径、合成机制和降解行为提供了关键依据，推动了 MXenes 材料在实际应用中的发展。这再次验证了 easyXAFS 在材料科学研究中，对于深入分析材料微观结构和性能关系的重要作用，助力科研人员突破材料合成的技术瓶颈。

参考：《One-step gas-phase syntheses of few-layered single-phase Ti₂NCl₂ and Ti₂CCl₂ MXenes with high stabilities》Nature Communications | (2024) 15:10334

四、电化学领域：为氨电合成开辟新路径

随着对能源效率、环境可持续性和农业需求的关注度不断提高，分散式和可扩展的氨生产成为研究热点。将废水中的硝酸根离子电化学转化为氨是一种可行的方法，但受到产率和可扩展性的限制。该研究报道了一种通用且可扩展的溶液相合成方法，制备了高熵单原子纳米笼（HESA NCs），并借助 easyXAFS 对高熵单原子纳米笼（HESA NCs）展开研究。通过 XANES 光谱研究 MESA 纳米立方体（蚀刻前）和 HESA 纳米笼（蚀刻后）中 Fe 的 K 边，以 Fe 箔、FeO 和Fe₂O₃为参考，发现蚀刻前后曲线趋势相似，表明蚀刻过程几乎没有改变凝胶样品中 Fe 部分的配位环境，但蚀刻后 Fe 的吸收边位置明显向低能量水平移动，意味着蚀刻导致 Fe 的氧化态降低，这与 Fe-L-EELS 结果相符。对 Fe、Co、Cu、Zn、Cd 和 In 的 K 边k2加权傅里叶变换（FT）扩展 X 射线吸收精细结构（EXAFS）光谱分析表明，这些元素成功引入并原子分散在 PBA 框架中。该研究发现，制备的Fe - HESA NCs 对硝酸根的电催化还原生成氨表现出高选择性，法拉第效率达 93.4%，产率高达81.4mgh⁻¹mg⁻¹ ，为可持续的电催化反应提供了新的思路。这一成果展示了 easyXAFS 在电化学领域的重要应用价值，帮助科研人员深入理解材料在电化学反应中的微观机制，为氨电合成技术的发展提供了有力支持。

参考：《General synthesis of high-entropy single-atom nanocages for electrosynthesis of ammonia from nitrate》Nature Communications | (2024) 15:6932