Spettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS)è un potente strumento per studiare la struttura atomica o elettronica locale dei materiali, ampiamente utilizzato in campi popolari come la catalisi, l'energia e la nanotecnologia.

Il principio di base diSpettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) Il problema è che quando l'energia dei raggi X entra in risonanza con l'energia di un guscio elettronico interno di un elemento nel campione, si verifica un improvviso aumento di elettroni che forma uno spettro continuo, chiamato limite di assorbimento. In prossimità del limite di assorbimento, all'aumentare dell'energia dei raggi X, il tasso di assorbimento diminuisce in modo monotono con l'aumentare della profondità di penetrazione dei raggi X. Quando lo spettro si estende oltre un limite specifico, si possono osservare strutture fini, dove le regioni di assorbimento di raggi X vicino alle strutture del limite (XANES) compaiono non appena picchi e spalle con una larghezza superiore a 20-30 elettronvolt attraversano il punto di partenza del limite. La struttura fine situata sul lato ad alta energia del limite, dove l'energia decade a diverse centinaia di elettronvolt, è chiamata struttura fine di assorbimento di raggi X (XAFS).

Le caratteristiche principali diSpettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) Sono:

Sensibilità all'ordinamento a corto raggio: dipende dall'ordinamento a corto raggio e non da quello a lungo raggio, rendendo possibile la misurazione di un'ampia gamma di campioni. Può essere utilizzato per campioni amorfi, liquidi, fusi, centri attivi di catalizzatori, proteine ​​metalliche, ecc., nonché per studi strutturali di atomi di impurità nei cristalli.

Forti caratteristiche elementari: il limite di assorbimento dei raggi X presenta caratteristiche elementari e, per gli atomi di diversi elementi nel campione, è possibile studiare la struttura atomica vicina di diversi elementi nello stesso composto regolando l'energia dei raggi X incidenti.

Elevata sensibilità: il metodo della fluorescenza può essere utilizzato per misurare campioni di elementi con concentrazioni pari anche a un milionesimo.

Acquisizione completa di informazioni strutturali: in grado di fornire parametri che determinano la struttura locale, come la distanza tra gli atomi assorbenti e gli atomi vicini, il numero e il tipo di questi atomi e lo stato di ossidazione degli elementi assorbenti.

La preparazione del campione è semplice: non è richiesto alcun monocristallo e, nelle condizioni sperimentali, il tempo di raccolta dati è relativamente breve. L'utilizzo di una sorgente di raggi X di sincrotrone richiede in genere solo pochi minuti per misurare una riga spettrale.

I principali vantaggi diSpettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) Sono:

Vantaggio principale: prodotto di flusso luminoso più elevato

Flusso di fotoni superiore a 1.000.000 fotoni/secondo/eV, con efficienza spettrale diverse volte superiore rispetto ad altri prodotti; Ottieni una qualità dei dati equivalente alla radiazione di sincrotrone

Ottima stabilità:

La stabilità dell'intensità della luce monocromatica della sorgente luminosa è migliore dello 0,1% e la deriva energetica durante la raccolta ripetuta è inferiore a 50 meV

Limite di rilevamento dell'1%:

L'elevato flusso luminoso, l'eccellente ottimizzazione del percorso ottico e l'eccellente stabilità della sorgente luminosa garantiscono che sia possibile ottenere dati EXAFS di alta qualità anche quando il contenuto di elementi misurato è pari all'1%.

4. Campi di applicazione diSpettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) :

Campo energetico: come la ricerca sulle batterie al litio e altri materiali per batterie secondarie, la ricerca sulle celle a combustibile, la ricerca sui materiali per l'accumulo di idrogeno, ecc. XAFS può essere utilizzato per ottenere la concentrazione, lo stato di valenza, l'ambiente di coordinazione e i cambiamenti dinamici degli atomi del nucleo durante i cicli di carica-scarica e le reazioni elettrochimiche.

Campo della catalisi: utilizzato per la ricerca sulla catalisi delle nanoparticelle, sulla catalisi dei singoli atomi, ecc. Ottenere la morfologia del catalizzatore sul supporto, la forma di interazione con il supporto e i suoi cambiamenti durante il processo catalitico tramite XAFS, nonché le strutture vicine di ioni metallici con un contenuto estremamente basso.

Nel campo della scienza dei materiali,Spettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) viene utilizzato per la caratterizzazione di vari materiali, lo studio di sistemi complessi e materiali strutturali disordinati, la ricerca di isotopi radioattivi, lo studio delle proprietà correlate dei materiali di superficie e di interfaccia e lo studio dei cambiamenti dinamici nei materiali.

Nel campo della geologia,Spettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) può essere utilizzato per l'analisi dello stato di valenza degli elementi dei materiali minerali nella ricerca geologica.

Campo ambientale: XES può essere utilizzato per l'analisi dello stato di valenza degli elementi Cr/As, ecc.

Nel campo della radiochimica,Spettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) può essere utilizzato per l'analisi dello stato di valenza degli elementi Ce, U, ecc.

ILSpettrometro a struttura fine ad assorbimento di raggi X (XAFS) Svolge un ruolo importante nella ricerca scientifica moderna grazie al suo principio di funzionamento unico, alle sue caratteristiche significative e ai suoi ampi campi di applicazione. Fornisce un potente strumento per acquisire una comprensione più approfondita della microstruttura e dello stato chimico della materia, promuovendo lo sviluppo e il progresso di molteplici campi disciplinari.