Spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS)fornisce informazioni sull'ambiente chimico locale e sulla struttura elettronica dei materiali analizzando la loro struttura al limite di assorbimento in risposta ai raggi X. Il fulcro del progetto sperimentale risiede nell'uniformità della preparazione del campione e nel controllo preciso dei parametri di misura. Di seguito sono riportate le principali linee guida procedurali:

I. Ottimizzazione della preparazione del campione

Campioni di polvere

Macinazione e pellettizzazione: macinare il campione fino a ottenere una granulometria <10Mm per ridurre gli effetti di granularità. Utilizzare una pressa idraulica per formare pellet sottili con un diametro di 5-10 mm e uno spessore di 0,5-1 mm a una pressione di 10-20 MPa, garantendo una velocità di trasmissione del 30%. Ad esempio, evitare un'eccessiva macinazione per campioni di ossido metallico per evitare di introdurre distorsioni reticolari.

Diluizione e miscelazione: per elementi fortemente assorbenti (ad esempio, Fe, Cu), diluire a una concentrazione appropriata (in genere 1-5% in peso) utilizzando una matrice inerte (ad esempio, acido borico, cellulosa) per evitare la distorsione delle caratteristiche pre-bordo dovuta agli effetti di autoassorbimento. 

Campioni di film sottile/liquidi

Deposizione di film sottili: preparare film uniformi con uno spessore <500 nm utilizzando metodi come lo sputtering magnetron o lo spin coating per evitare interferenze da interfacce di film multistrato.

Incapsulamento di liquidi: incapsulare i campioni liquidi utilizzando una pellicola di poliimmide (ad esempio, Kapton), controllando lo spessore dello strato di liquido a <1 mm per ridurre lo sfondo di dispersione.

Controllo ambientale

I campioni devono essere preparati in atmosfera inerte (ad esempio, glove box Ar) per evitare ossidazione o idrolisi. Ad esempio, i materiali catodici delle batterie agli ioni di litio richiedono un isolamento completo dalla CO.₂e H₂O durante tutto il processo.

II. Ottimizzazione dei parametri di misura

Intervallo di scansione energetica

Regione pre-bordo: scansione 50-100eV verso il lato a energia inferiore centrato sull'energia del bordo di assorbimento (E₀) per catturare le caratteristiche pre-bordo.

Regione estesa (EXAFS): scansione fino a E₀+1000eV verso il lato ad energia più elevata, con dimensioni del passo che aumentano gradualmente da 0,5eV (regione del bordo vicino) a 5eV (regione del bordo lontano). 

Parametri del raggio

Dimensione del fascio: seleziona una dimensione da 100MM×100Mda m a 1 mm×1 mm in base all'uniformità del campione. Uno spot più piccolo migliora la risoluzione spaziale ma richiede tempi di acquisizione più lunghi.

Risoluzione del monocromatore: utilizzare monocromatori Si(111) o Si(311) con una risoluzione energeticaDE/E≈10⁻⁴per bilanciare risoluzione e flusso.

Strategia di acquisizione dati

Media di più scansioni: per campioni con segnale debole (ad esempio soluzioni diluite), calcolare la media di 10-20 scansioni per migliorare il rapporto segnale/rumore.

Controllo della temperatura: gli esperimenti a bassa temperatura (ad esempio 10 K) richiedono un criostato a flusso di elio liquido per ridurre l'impatto delle vibrazioni termiche sulle ampiezze EXAFS.

III. Verifica e standardizzazione

Utilizzare campioni standard (ad esempio, lamine metalliche) per calibrare l'asse energetico, assicurando differenze in E₀sono <0,1eV.

Verificare la qualità dei dati EXAFS tramite l'analisi della trasformata di Fourier; la posizione del picco principale dovrebbe discostarsi dalla lunghezza teorica del legame di <0,02Å.

Una preparazione del campione ben progettata e un controllo dei parametri migliorano significativamente l'affidabilità degli esperimenti XAS e l'accuratezza dell'analisi delle informazioni chimiche, fornendo un supporto di dati cruciale per la ricerca in campi quali la catalisi e i materiali energetici.