Рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS),Благодаря разрешению на атомном уровне, он играет незаменимую роль в исследованиях литий-ионных батарей, топливных элементов и фотокаталитических материалов, что особенно проявляется в следующих аспектах:

Литий-ионные батареи: анализ динамического поведения и окислительно-восстановительных механизмов электродных материалов.

Метод рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS), благодаря синергетическому анализу ближней краевой структуры рентгеновского поглощения (XANES) и расширенной тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS), позволяет отслеживать в реальном времени эволюцию валентного состояния и локальные структурные изменения в электродных материалах в процессе заряда и разряда. Например, в богатых литием марганцем катодных материалах XANES показывает, что ионы Ni окисляются до состояния, близкого к Ni.⁴⁺При зарядке до 4,3 В наблюдается небольшое снижение валентного состояния при 4,8 В, а затем постепенное возвращение к исходному состоянию во время разряда, что демонстрирует высокую обратимость окислительно-восстановительного поведения. EXAFS, анализируя изменения длин связей Ni-O, подтверждает, что образование координационных вакансий кислорода доминирует в процессе компенсации заряда. Кроме того, XAS в сочетании с технологией RIXS может дополнительно прояснить окислительно-восстановительные пути кислорода кристаллической решетки, обеспечивая теоретическую основу для проектирования катодных материалов с высокой плотностью энергии.

Топливные элементы: выявление активных центров катализаторов и механизмов обеспечения стабильности.

Рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) является ключевым инструментом для изучения динамических характеристик катализаторов топливных элементов. Например, в катализаторах на основе наночастиц платины, метод рентгеновской абсорбционной спектроскопии ближнего края (XANES) позволяет анализировать положение края поглощения платинового лиганда.₃Анализ длин координационных связей Pt-Zn и Co показывает сильное взаимодействие между Pt и Zn/Co с переносом электронов от Pt к Zn и Co, что объясняет электронный механизм, лежащий в основе повышения активности катализатора. EXAFS, посредством анализа длин координационных связей Pt-Zn и Pt-Co, подтверждает, что атомная структура типа «клея» "Pt-Zn-N" стабилизирует частицы PtCo посредством химических связей, подавляя высокотемпературную агломерацию. Кроме того, XAS может быть использован для исследования структурной стабильности катализаторов после обработки кислотой, предоставляя ключевые параметры для оптимизации конструкции катализатора.

Фотокаталитические материалы: выяснение механизмов переноса заряда и реакций.

Анализируя электронную структуру и координационное окружение металлических центров, рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) позволяет выявить микроскопические механизмы разделения и переноса заряда в фотокаталитических материалах. Например, в исследованиях катализаторов на основе отдельных атомов кобальта (Co-SAs/NC) сочетание XAS и рамановской спектроскопии позволяет прояснить роль связи Co-N.₄Анализ координационных структур способствует превращению соединений серы, показывая, как динамическая эволюция связей Co-S препятствует переносу полисульфидов. Кроме того, рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) может быть применена для изучения изменений валентного состояния фотокатализаторов во время реакций, предоставляя информацию на молекулярном уровне для оптимизации фотокаталитической эффективности.