臺式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜/發(fā)射譜儀-easyXAFS憑借具有的 X 射線單色器設(shè)計，無需同步輻射光源即可在常規(guī)實驗室環(huán)境中實現(xiàn)X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)測量，為科研人員帶來了極大的便利。設(shè)備兼具 XAFS（透射 + 熒光）與 XES 雙功能，以其超高的靈敏度和優(yōu)質(zhì)的光源，為元素測定、價態(tài)和配位結(jié)構(gòu)分析等研究提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。該系列設(shè)備已助力用戶發(fā)表超 400篇 SCI 論文，涵蓋Angew. Chem. Int. Ed.、JACS、 Nat. Comm.、Adv. Mater. 等高水平期刊，用戶超 250套，服務(wù)于清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、中科院大連化物所、中山大學(xué)等眾多高校院所，受到用戶的廣泛認(rèn)可。作為系列升級版，easyXAFS600 +進(jìn)一步強(qiáng)化高能元素測試能力，在 22~23 keV 能量范圍內(nèi)可精準(zhǔn)捕獲 Ru 元素優(yōu)質(zhì)近邊（XANES）及擴(kuò)展邊（EXAFS）譜圖，為原子尺度解析物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供核心支撐，此次便成功助力新疆大學(xué)研究團(tuán)隊揭秘新型 Ru 基堿性 HER 電催化劑的優(yōu)異性能機(jī)理，相關(guān)成果發(fā)表于 Small 期刊^[1]。

臺式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜/發(fā)射譜儀-easyXAFS

研究背景

在能源轉(zhuǎn)型的緊迫背景下，開發(fā)可持續(xù)、高效的清潔能源生產(chǎn)技術(shù)至關(guān)重要。電催化分解水是一種非常具有前景的綠氫制備途徑，其中析氫反應(yīng)（HER）是關(guān)鍵步驟。近期，新疆大學(xué)研究人員開發(fā)了一種兼具高活性和高穩(wěn)定性的Ru基堿性HER電催化劑。與傳統(tǒng)方法（先制備碳載體，后負(fù)載活性物質(zhì)）不同，本研究提出了一種創(chuàng)新的原位熱解策略（如圖1所示）。該策略通過前驅(qū)體浸漬結(jié)合原位碳熱還原，同步實現(xiàn)了金屬納米顆粒的高度分散負(fù)載和碳納米纖維的催化石墨化，成功構(gòu)建了碳包覆的RuNi/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米粒子（RuNi/Ni@C-CNF）。該催化劑在1 M KOH電解液中，僅需9 mV的過電位即可達(dá)到10 mA cm?2的電流密度，且表現(xiàn)出超過300小時的長期穩(wěn)定性。

圖1. 原位熱解策略制備碳包覆的RuNi/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)

在該項研究中，作者使用easyXAFS600+測試了Ru元素的X-射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜。作為easyXAFS系列的升級版，easyXAFS600+對高能元素具有更突出的測試能力，對能量范圍22~23 keV的Ru元素測得了優(yōu)質(zhì)的近邊（XANES）及擴(kuò)展邊（EXAFS）譜圖，實現(xiàn)了對價態(tài)和配位環(huán)境的精確解析。這些原子尺度的結(jié)構(gòu)信息為理解催化劑優(yōu)秀的HER性能（如RuNi合金對Ni位點電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控）提供了至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該研究成果以“In Situ Formed Carbon-Encapsulated RuNi Alloy and Ni Heterointerface as an Efficient HER Electrocatalyst for Alkaline Water Splitting"為題發(fā)表于Small期刊。

譜圖解析

如圖2d所示，RuNi/Ni@C-CNF的Ni K-edge吸收邊能量和白色峰強(qiáng)度均低于NiO標(biāo)準(zhǔn)樣品，并且與金屬Ni箔的標(biāo)準(zhǔn)非常接近。這一結(jié)果表明，催化劑中的鎳主要以金屬態(tài)（Ni?）存在，成功被前驅(qū)體中的Ni2+還原。如圖2g所示，RuNi/Ni@C-CNF中Ru K-edge的吸收邊能量低于RuO?標(biāo)準(zhǔn)，并與金屬Ru箔的吸收邊高度重合。這表明催化劑中的釕也主要以金屬態(tài)（Ru?）存在。從Ni K-edge的傅里葉變換EXAFS譜圖（圖2e）可以觀察到，在約2.18 ?處存在一個顯著的主峰。該峰位介于Ni-Ni和Ni-Ru鍵的典型鍵長之間，表明鎳原子周圍同時存在Ni-Ni和Ni-Ru配位路徑。這為RuNi合金的形成提供了直接證據(jù)。Ru K-edge的EXAFS譜圖（圖2h）顯示，在約2.42 ?處有一個主峰。通過曲線擬合分析，該峰被指認(rèn)為Ru-Ru和Ru-Ni散射路徑的共同貢獻(xiàn)。這與Ni K-edge的分析結(jié)果相互印證。為進(jìn)一步確認(rèn)配位信息，研究者進(jìn)行了WT分析（圖2f）。WT-EXAFS圖能夠同時在徑向距離和鍵能維度上分辨不同的配位原子。分析結(jié)果清晰地證明了Ni-Ru/Ni-Ni散射路徑的存在，排除了單一金屬相的可能性，再次確認(rèn)了合金異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。Ru K-edge的WT圖（圖2i）同樣清晰地顯示了與Ru-Ru和Ru-Ni配位相關(guān)的特征信號，進(jìn)一步證實了RuNi合金相的形成，而非獨立的Ru或Ni納米顆粒。

圖2. Ni元素和Ru元素的XANES及EXAFS譜圖

參考文獻(xiàn)：

[1]. In Situ Formed Carbon-Encapsulated RuNi Alloy and Ni Heterointerface as an Efficient HER Electrocatalyst for Alkaline Water Splitting, Small 2025, e06911