前言：大家好，上一期中带领大家认识了吸收谱的起源，今天将带领大家学习下吸收谱的基本物理原理。由于作者水平有限，有任何不足请大家积极提意见。可以联系：xafs_synchrotron@yeah.net按照惯例，祭出经典的Fe样品的K边XAFS谱（图1）。很明显，XANES部分震荡强烈，而EXAFS部分震荡和频率都相较下降很多。导致这种谱形特征差异的起源在于XAFS的散射模式。其基本物理过程如图2所示：图2a中红色小球表示中心吸收原子，其中的黑点表示芯能级的电子（芯能级表示3d/4d过渡金属的1s轨道或者5d过渡金属的2p轨道）。当样品被X射线照射的时候，入射的光子会将中心原子的芯能级的电子激发出去，从而留下一个电子空穴，如图2b中的白点所示。由于波粒二象性，激发出去的电子会以波动的形式向外扩散（如图2b中的黑色实线圆），出射的电子波会和周围的近邻原子相遇，从而被散射回来，散射回来的电子波与出射的电子波会在中心原子和近邻原子中间的某个位置相遇，从而发生干涉。如果干涉是相干的，那么对于X射线的吸收会增强，则在XAFS谱中表现为波峰；如果干涉是相消的，则表现为波谷。如果是直来直去的出射——散射，那么被称为单重散射（图2b），其震荡强度比较弱，这也是EXAFS的物理起源；如果是出射——散射——再散射，这个过程称为多重散射（图2c），是XANES的物理起源。以上便是XAFS的基本物理过程。接下来我们一起学习下EXAFS的基本公式。图1. Fe样品的Fe 的K边XAFS谱图2. XAFS产生机制EXAFS拟合是目前化学、材料领域应用最多的解析方法，所以学习EXAFS的基本公式对于后续的拟合至关重要。首先，我们先列上EXAFS的基本公式：是不是非常繁琐？没关系，今天的学习将会带领你们彻底瓦解它。上述公式也就是我们常见的k空间的公式，当然是没有加k权重的。可能有的初学者不太关注k空间，但k空间是EXAFS的根本，所有的后续处理都是基于k空间的变形。掌握了k空间，再去理解R空间将易如反掌。在此之前，我们先温习一下电子的波长l、动量p等相关知识。公式1.1将电子的波长和动量之间的关系进行了描述：其中h是普朗克常量。我们设中心原子和其中一个近邻原子的原子间距D，那么要使出射电子波和散射电子波在中间位置发生相干干涉，必须满足以下条件：即出射电子和散射电子所走的距离为电子波波长的整数倍。此处可能会有疑问：为什么是2D呢？那是因为电子波从中心原子出发，然后到达近邻散射原子，又被散射回来，到半路和出射电子相遇，此时出射电子波和散射电子波的移动距离总和为2D。此时，我们假设EXAFS过程中，X射线激发中心原子所产生的电子波是平面波，平且散射时的界面是软边界（不会改变相位），那么吸收概率将可以由以下公式获得：当满足公式1.2时，公式1.3中的吸收概率将最大。也就是说当发生干涉时，吸收概率最强，会在XAFS谱上表现为一个波峰。此时波长l在分母上，不好解析，我们引入波数的概念：波数K可以理解为在2p这个长度上包含了多少个波长。将公式1.4带入到公式1.3中，则演变为：读到这，大家可能对k还不是很熟悉，那么接下来的几个公式将带领大家彻底玩转k。首先，我们将公式1.4带入到公式1.1中，则变换为：而动量p则可以和电子的动能T相联系：其中me是指电子的质量。那么动能T是怎么来的呢？这时需要提及爱因斯坦提出的光电效应理论：电子被光子击发出去后，电子的动能等于光子的能量减去电子的结合能，即其中E便是X射线光子的能量，E0为电子的结合能，也可以理解为吸收边的能量。将公式1.6，1.7，1.8结合以下，便得到了：这也是著名的E➝k转换公式。我们再回到公式1.5，我们将继续丰富这个公式。大家可能注意到了，此时的吸收概率c与其后的电子波干涉公式不是“=”而是正比，这是因为我们没有考虑中心原子周围近邻散射原子的散射能力。每个原子的散射能力都是不同，其受原子序数、原子大小、电子数等影响。因此，我们需要将散射因子f(k)代入，而f(k)也是原子种类的特征，我们也是通过获得f(k)而得到原子类型：是不是很惊喜？EXAFS公式初具雏形！当然，以上的所有推导都是基于中心原子周围只有一个散射原子的情况，需要考虑有多个不同散射原子的情况存在，如一个氯铂酸分子中，Pt周围既有Cl又有O，所以，公式演变为：也就是每个散射原子与中心原子的散射概率加和。当然，中心原子周围可能存在相同距离、相同类型的散射原子，如氧化铁中，Fe的周围均匀排布着一模一样的6个O原子，此时我们没有必要将这6个O原子的散射逐个相加，只需要乘上原子数目N：通过公式1.12我们可以得知，拟合EXAFS公式可以获得配位数。在最开始的时候，我们假设了近邻原子的边界是软边界，而实际情况中不存在软边界，也就是相位一定会发生改变，因此我们将上述公式加上一个相位因子：此外，我们还假设了出射的电子波是平面波，然而原子是空间立体的，出射的电子波必然是向四面八方传递，即出射的电子波是球面波：我们已经越来越接近EXAFS的公式全貌了！我们还需要考虑线站测试过程中单色器的谐波、电离室的误差等对XAFS造成的峰强的衰减，所以需要在公式的最开始代入振幅衰减因子：公式越来越繁杂了，但是这样一步一步推导下来，是不是思路很清晰？我们需要提出平均自由程l(k)的概念，在这里平均自由程是指一个电子击发出去之后，没有发生任何反应所移动的平均距离。我们知道，电子被光子击发后，会有各种各样的反应，如电子方向改变、电子被非弹性散射、外层电子填补了内层电子空穴等，因此，平均自由程可以理解为一个电子的存活寿命（长度），当长度越长，则对公式1.15的衰减越小：在这里，我们用一个e指数来描述，幂为-2D/l，可以理解为在一定长度的自由程下，对吸收概率的衰减作用。试想，当平均自由程无限大时，这个常数指数也就趋近于1，对吸收概率无影响。最后需要考虑的参数是热无序。即使固体材料，原子也不是固定不动的，总会在一定的、有限的范围内振动，那么这个振动所导致的材料的无序就是热无序。热无序s2也被称为均方径向位移，也就是s2=(r-r0)2，其中r0是平均的理论键长。此时大家就可以明白了：无序度其实是键长的无序，键长的无序从而导致吸收概率的衰减：成功了！这就是EXAFS最全面的公式，也是目前数据拟合所依托的最根本依据。从这个公式里还可以获得很多隐藏信息，我们后续会慢慢学习。

前言：X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure, XAFS）谱学方法已经广泛地应用于化学催化、材料科学等领域，逐渐成为常规的表征手段。因此，我们将将持续（不定时）推出关于XAFS原理、测试、数据解析以及文章鉴赏等方面的内容，希望能给XAFS用户提供一个学习XAFS基本知识的园地。我们一直提及的XAFS，本质上是物质对X射线的吸收系数µ(E)与X射线能量E之间的相互关系。一般而言，物质对于X射线的吸收系数µ(E)呈现出1/E³的趋势，如图1所示，整体的趋势是随着光子的能量增加而降低。然而，德布罗意等人在1913年首次发现了在特定元素的吸收边位置因为共振而产生大的吸收边；到了1920年，在更加精密仪器的辅助下，Hugo Fricke等人发现了吸收边之后的谱线不是光滑的，而是具有周期性的震荡，而这些震荡也被定义为“fine structure”。此后，便打开了XAFS研究的大门。图1 铂元素的X射线吸收截面图在此后的几十年的时间里，科学家的重点在于追溯这些精细结构的起源，并先后经历了长程有序和短程有序的争论，一直到1971年Sayers、Stern 和 Lytle等三人开创性的提出通过傅里叶变换提取、分离出不同壳层的结构信息，才使得对精细结构的基本原理有了本质的认识。此外，随着同步辐射装置的建设和应用，使得XAFS成为实用、快捷的分析方法。图2 Fe样品的Fe 的K边XAFS谱图2展示了一个铁样品的Fe的K吸收边的XAFS谱，其可以分为三个部分，第一部分是吸收边前-20 eV之前的边前部分，主要是作为基底存在；第二部分是吸收边前-20 eV到吸收边后30 eV范围内的X射线吸收近边结构（X-ray Absorption Near-Edge Structure, XANES），其震荡较为强烈；第三部分是吸收边后30 eV之后的部分，其震荡相对于近边部分震荡较不强烈。出关于XAFS原理、测试、数据解析以及文章鉴赏等方面的内容我们会持续更新，敬请多多关注。

电化学氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属空气电池等多种能源转换装置中重要的半反应。但由于ORR反应过程中涉及多步的质子耦合的过程，其效率较低，成为该类新能源技术的瓶颈之一。目前，大量工作集中在ORR催化剂的开发，各种新颖的制备方法层出不穷。需要注意的是，ORR反应在气-固-液三相交界面处才能有效的进行。ORR催化剂的开发，也需要注意界面化学及传质效率等方面的问题，最终实现ORR催化剂性能的大幅提升及在能源转换装置中的高效利用。锌空气电池具有理论能量密度高、绿色、安全等优点，应用前景广阔。ORR和氧析出反应（OER）对锌空气电池的性能具有决定性作用。目前，碱性电解液中Pt/C具有较好的ORR活性，IrO2和RuO2具有较好的OER活性。然而，过高的成本极大限制了其潜在应用。单原子催化剂具有高活性、高选择性、及高原子利用率等特点成为催化领域的热点。但同时具备高ORR和OER活性的单原子催化剂体系并不多见。因此，开发可与贵金属催化剂活性相媲美的非贵金属双功能单原子催化剂体系具有重要意义。图1. Fe SAs/NC的制备及形貌表征近日，东北石油大学李智君教授团队与西安交通大学何成副教授团队设计开发了一种具有Fe1N4O1独特配位结构的、负载于介孔氮掺杂碳载体的Fe单原子催化剂（Fe SAs/NC）。该催化剂在全pH范围内对ORR反应具有很好的催化活性，半波电位分别为0.93 V（碱性）、0.83 V（酸性）、0.75 V（中性）。另外，该催化剂在碱性条件OER反应中表现出320 mV的低过电位（10 mA cm-2条件下）。将该催化剂组装成锌空气电池，在功率密度、比容量、循环稳定性等方面远优于Pt/C+RuO2。理论计算表明，通过对Fe位点的局部配位环境进行调控，可有效优化Fe位点的电荷分布状态及电子金属-载体相互作用，进而影响Fe位点对含氧中间体的吸附及活化。本工作表明，调控活性位点局域电子结构在提高电催化剂对小分子活化方面具有重要意义。相关工作发表在Advanced Materials上，学生第一作者是姬思祺博士（东北石油大学）和徐唱硕士（西安交通大学）图2. Fe SAs/NC的原子级结构表征图3. Fe SAs/NC的碱性ORR和OER性能图4. Fe SAs/NC的锌空气电池性能图5. RapidXAFS 2M补充的XAFS数据本工作报道了一种简单、高效的合成方法制备具有优异催化活性的双功能氧电催化剂。该催化剂活性位点具有较高的暴露程度，有助于提高活性位点的利用率及电子/质子转移能力。通过对活性位点的局部电子环境进行调控，可有效优化活性位点的电荷局域分布状态及电子金属-载体相互作用，促进含氧中间体的吸附及活化，达到提高ORR和OER催化活性的目的。本工作在原子尺度上揭示了双功能氧电催化剂活性位点的电子局域结构与催化活性之间的关系，为合理设计低成本、长寿命、高性能的双功能单原子电催化剂体系提供思路。

安徽吸收谱仪器设备有限公司：     公司简介：安徽吸收谱仪器设备有限公司是一家专注于X射线技术和光谱仪器开发，为科研人员提供专业的吸收/发射谱技术解决方案。公司由资深院士牵头，基于同步辐射背景的博士在吸收/发射谱领域10余年的技术研究积累，开发标准化的台式X-射线吸收/设备谱设备。公司秉承“让XAFS走进实验室”的技术追求，钻研吸收/发射谱技术，发扬工匠精神和现代科学创新精神，持之以恒推进X射线技术和仪器设备研发。          RapidXAFS系列产品是市场上唯一真正实现1%以下含量样品测试的台式X射线吸收谱仪。最EXAFS低检测限甚至可以低至0.3~0.5%(见发表文章Chem. Commun., 2023,59, 611-614); XANES可以达到0.1%。同时，RapidXAFS还拥有目前最高光通量，可达2,000,000p/s/eV，是同类产品的2-4倍。灵活专业的晶体选择使RapidXAFS拥有比肩同步辐射光源的能量分辨率，最低可达0.5eV。自2022年仪器上市以来，RapidXAFS已服务于超200位科研工作者，测试样品超1500个，截止目前在线发表文章21篇以上，在投文章几十篇。RapidXAFS设备不到一年时间，已经被世界一流大学采购十几台余台。真正让用户看得见，测的着，高产出的台式XAFS。如您有XAFS测试需求，欢迎随时来电咨询！用户案例高灵敏度RapidXAFS 1M协助揭示了酸性介质中2e--氧还原电催化剂活性位点的电子局域结构与催化活性之间的关（Co/CN 0.7%）   过氧化氢（H2O2）目前是世界上十大基础的化学品之一，是一种多功能的、环境友好的高效氧化剂。但是其传统工业生产工艺是通过蒽醌过程，这一过程需要大量的能源输入和大型基础的设施，并且存在潜在的运输和储存安全问题。因此，寻找一种廉价、节能和安全的新技术途径生产H2O2是具有重要科学价值和社会效益。电催化氧还原合成H2O2，可由可再生能源驱动，提供了一种安全、可持续、分散的解决方案。目前主要的困难是要开发出性能强大且价格合理的电催化剂，具有高电导率、高比表面积和可调电子结构的碳基单原子催化剂（SACs）被认为是H2O2电合成有前途的催化剂，其孤立的金属中心可降低O−O键断裂，提高合成H2O2选择性。SACs中过渡金属的配位环境对电催化氧还原反应（ORR）途径的调节至关重要。然而，同时精确控制金属活性中心附近的第一和第二配位结构是非常困难的。近日，贵州大学袁继理教授和谢海波教授团队开发设计了以廉价的商业碳黑（CB）为底物，通过酸活化炭黑，结合吸附和热解的方式，构筑具有相似的第一和第二配位结构（图1），用于锚定过渡金属单原子。其中，Co-SAC表现出了优越的ORR生产H2O2的性能，通过旋转环形圆盘电极测试可知，在0.1 V vs RHE 时的电流密度约为∼2.8 mA cm-2，在0.3 V vs RHE的电位下，H2O2的产率高达110.2 mmol gmetal−1 h−1。通过气体扩散电解池（GDEs）时，具有0.65 V vs RHE高的正起始电位，在0.25至0.65 V vs RHE的电位范围内，对生成H2O2的选择性都是大于80%。相关工作发表在Chemical Engineering Journal(IF=16.744)上如图2a所示，在酸性介质中Co-OCB相比其他样品展示了0.65 V vs RHE的起始电位，在0.1 V vs RHE时获得了大的ORR电流密度（∼2.8 mA cm−2），表明过渡金属的类型对ORR的活性有巨大影响。此外，OCB和商业CB的起始电位和电流密度也明显较低，但值得注意的是，OCB的起效电位和电流密度均高于CB，而CB与裸玻璃碳电极(GCE)相比，ORR活性略低(图1a)，表明CB中的缺陷和氧官能团可以提高ORR活性，与报道的研究结果一致。为了进一步验证这一结论，在CB基体中引入N原子来替代氧或修复表面缺陷，通过XPS光谱分析，N元素已成功引入这些样品中。进一步对比Co-N-CB, Co-N-OCB表现出较高的起始电位和相对较低的电流密度(图2b)，这些结果可能与氮元素的引入有关。‍‍‍‍‍‍安徽吸收谱公司 诚聘职位和待遇，期待您的加入‍‍‍‍‍待遇：一：技术研发工程师（XAFS方向）（14K+提成+项目奖励）二：技术研发工程师（X射线单晶方向）（24K+产品研发奖励+股权激励）三：技术研发工程师（纳米CT方向）（24K+产品研发奖励+股权激励）四：电气工程师 （10K+提成+项目奖励）五：销售工程师 （6K+提成奖励）六：机械工程师 （12K+提成+项目奖励）‍‍

安徽吸收谱仪器设备有限公司：      公司简介：安徽吸收谱仪器设备有限公司是一家专注于X射线吸收/发射谱技术和光谱仪器开发，为科研人员提供专业的吸收/发射谱技术解决方案。公司由资深院士牵头，基于同步辐射背景的博士在吸收/发射谱领域10余年的技术研究积累，开发标准化的台式X-射线吸收/设备谱设备。公司秉承“让XAFS走进实验室”的技术追求，钻研吸收/发射谱技术，发扬工匠精神和现代科学创新精神，持之以恒推进X射线技术和仪器设备研发。        诚聘职位和待遇待遇：一：技术研发工程师（XAFS方向）（14K+提成+项目奖励）二：技术研发工程师（X射线单晶方向）（24K+产品研发奖励+股权激励）三：技术研发工程师（纳米CT方向）（24K+产品研发奖励+股权激励）四：电气工程师 （10K+提成+项目奖励）五：销售工程师 （6K+提成奖励）六：机械工程师 （12K+提成+项目奖励）技术研发工程师（XAFS方向）  任职资格：1.硕士及以上学历，化学、物理、电子、材料学等相关专业；2.有一定电化学/同步辐射领域知识储备；3.能够使用AUTOCAD等绘图软件优先；4.物理化学背景专业优先，专利发明人优先，熟悉XAFS技术研究者优先，熟悉专利攥写流程优先。  岗位职责：1.（协助）研发公司的X射线研发；2.根据公司研发技术团队要求，提出产品设计方案，绘制图纸，并能够对接生产部门完成产品成型；3.技术对接用户，提供售后技术服务；4.撰写公司相关知识产权申请的初稿；5.发展、带动新技术员工。         技术研发工程师（X射线单晶方向）  任职资格：1.硕士及以上学历，化学、物理、电子、材料学等相关专业；2.有一定单晶领域知识储备；3.能够使用AUTOCAD等绘图软件优先；4.物理化学背景专业优先，专利发明人优先，曾使用X射线单晶发表SCI论文的研究者优先，熟悉专利攥写流程优先。  岗位职责：1.（协助）研发公司的X射线研发；2.根据公司研发技术团队要求，提出产品设计方案，绘制图纸，并能够对接生产部门完成产品成型；3.技术对接用户，提供售后技术服务；   4.撰写公司相关知识产权申请的初稿；          技术研发工程师（纳米CT方向）  任职资格：1.硕士及以上学历，化学、物理、电子、材料学等相关专业；2.有一定成像领域知识储备；3.有图像算法优先；4.物理背景专业优先，专利发明人优先，熟悉纳米CT，熟悉专利攥写流程优先。  岗位职责：1.（协助）研发公司的X射线研发；2.根据公司研发技术团队要求，提出产品设计方案，绘制图纸，并能够对接生产部门完成产品成型；3.技术对接用户，提供售后技术服务；4.撰写公司相关知识产权申请的初稿；5.发展、带动新技术员工。   机械工程师  任职资格：1. 有两年以上机械设计经验，有磁流体密封设计经验优先；2. 掌握SolidWorks、CAD等各种机械设计软件；3. 有仪器设计经验优先；4. 了解传感器、仪表、电/气驱控制单元优先。  岗位职责：1. 负责产品机械设计；2. 负责设备加工、安装和生产；3. 协助产品整体结构设计。         电气工程师  任职资格：1. 自动化类、电气类等相关专业，本科及以上学历；2. 掌握电路设计及电气图纸绘制方法；3. 熟悉西门子/三菱/欧姆龙PLC，具备良好的控制逻辑理解；4. 了解传感器、仪表、电/气驱控制单元。  岗位职责：1. 负责产品主电回路及控制回路设计；2. 负责PLC及HMI程序设计及测试；3. 负责电气BOM制作；4. 协助产品整体结构设计。                  销售工程师  任职资格：1.具有化学、材料、物理、市场营销、机械等相关专业，本科及以上学历，理工科背景优先；2.1-3年相关仪器设备企业销售或渠道销售经历优先考虑；3.有敏锐的市场意识、应变能力、领导能力和独立开拓市场的能力，学习能力强；逻辑性强和良好的语言表达能力；4.性格开朗，具有强烈的进取心，精力充沛，身体健康，乐观豁达，富有开拓精神；5.能够适应经常出差，愿与公司共同成长。  岗位职责：1.努力做好分管区域内的产品销售推广和订单收集等工作，完成公司下达的销售指标；2.积极维护区域内的代理商、客户关系，与主要客户保持良好的沟通并能扩大市场销售业绩。