揭秘物質的局部結構：X射線吸收譜儀（XAS）技術簡介

　　X射線吸收譜儀（XAS）是一種基于同步輻射光源的先進光譜技術，通過分析X射線與物質相互作用后的信號變化，揭示材料的元素組成、電子態及微觀結構信息。其核心在于利用X射線激發原子內層電子，通過檢測電子躍遷產生的熒光或俄歇電子信號，獲取物質局域結構的“指紋”信息。

　　技術原理：電子躍遷的“顯微鏡”

　　當X射線能量達到原子內層電子的電離閾值時，會引發電子躍遷，形成吸收邊。根據能量范圍不同，XAS分為兩個關鍵區域：

　　X射線吸收近邊結構（XANES）：吸收邊10eV至后50eV，反映電子態和化學環境。例如，通過分析XANES譜中的邊前峰位置，可判斷金屬離子的價態（如Fe²?與Fe³?的吸收邊能量差約2-3eV）。

　　擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）：吸收邊后50eV至1000eV，揭示原子間距離、配位數等結構參數。光電子與周圍原子散射產生的干涉效應，使吸收系數呈現周期性振蕩，通過傅里葉變換可解析出鍵長（精度達0.01Å）和配位數。

　　技術優勢：無損、原位、高靈敏

　　XAS對樣品形態無嚴格要求，可分析粉末、薄膜、液體甚至氣體，且不破壞樣品。結合同步輻射光源的高亮度、波長連續可調特性，XAS可實現原位測試（如高溫、高壓、電化學環境），動態追蹤材料在反應中的結構演變。例如，在鋰離子電池研究中，XAS可實時監測電極材料充放電過程中過渡金屬的價態變化，為優化電池性能提供關鍵數據。

　　應用領域：從催化劑到生物大分子

　　XAS技術已廣泛應用于材料科學、化學、能源及生物醫學等領域：

　　催化劑研究：解析活性中心結構，揭示反應機理。例如，通過XAS發現單原子催化劑中金屬位點的配位環境，指導高效催化劑設計。

　　能源材料：分析電池電極材料的離子脫嵌機制，提升儲能效率。

　　環境科學：追蹤污染物在環境中的形態轉化，為治理提供依據。

　　生物醫學：研究金屬蛋白的活性中心結構，助力藥物開發。

　　未來展望：技術迭代與跨學科融合

　　隨著第四代同步輻射光源（如自由電子激光）的發展，XAS的能量分辨率和時間分辨率將進一步提升，實現飛秒級動態過程觀測。同時，臺式XAS設備的普及將推動該技術從大型科研裝置向常規實驗室延伸，為材料創新、能源轉型及生命科學突破提供更強有力的工具。