X射線吸收譜（XAS）基本原理：從EXAFS到XANES的物理機(jī)制

　　X射線吸收譜（XAS）通過測(cè)量物質(zhì)對(duì)X射線的吸收特性，揭示原子局域電子態(tài)及幾何結(jié)構(gòu)信息，其核心由擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）和X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)（XANES）兩部分組成，二者的物理機(jī)制均源于X射線激發(fā)內(nèi)層電子后光電子波與近鄰原子的散射干涉效應(yīng)，但能量范圍與散射路徑的差異導(dǎo)致其反映的結(jié)構(gòu)信息各有側(cè)重。

　　EXAFS的物理機(jī)制

　　EXAFS觀測(cè)吸收邊高能側(cè)30-1000eV范圍的振蕩信號(hào)，其根源是光電子的單次散射效應(yīng)。當(dāng)X射線能量超過內(nèi)層電子電離能時(shí)，原子吸收光子并激發(fā)內(nèi)層電子為光電子，光電子以波函數(shù)形式向外傳播。若傳播過程中遇到近鄰原子，會(huì)發(fā)生彈性散射（背散射），散射波與出射波在吸收原子處發(fā)生干涉。由于光電子波長(zhǎng)隨能量變化，干涉效應(yīng)導(dǎo)致吸收系數(shù)呈現(xiàn)周期性振蕩。通過傅里葉變換可將振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為徑向分布函數(shù)，直接獲取吸收原子周圍配位原子的鍵長(zhǎng)（精度達(dá)0.01Å）、配位數(shù)及無序度等信息。EXAFS對(duì)短程有序結(jié)構(gòu)敏感，適用于晶體、非晶態(tài)及液態(tài)樣品的分析。

　　XANES的物理機(jī)制

　　XANES聚焦吸收邊eV至邊后約50eV的精細(xì)結(jié)構(gòu)，其形成機(jī)制為光電子與近鄰原子的多重散射效應(yīng)。低能光電子（動(dòng)能<50eV）在傳播過程中會(huì)經(jīng)歷多次散射，形成復(fù)雜的波函數(shù)疊加。這種多重散射對(duì)吸收原子周圍的局域配位環(huán)境（如原子種類、幾何排列）高度敏感，導(dǎo)致吸收系數(shù)在近邊區(qū)域呈現(xiàn)分立峰、肩峰等特征。XANES譜圖特征直接反映吸收原子的電子態(tài)密度分布，例如通過吸收邊位置偏移量可定量分析元素價(jià)態(tài)變化，而邊前峰的存在則揭示了未占據(jù)分子軌道的信息。與EXAFS不同，XANES更適用于研究短程有序或無序體系，如催化劑表面活性位點(diǎn)、生物大分子金屬輔基等。