说明：本文华算科技介绍了同步辐射及XAS技术分析价态和结构的原理方法，包括XAS定义、XANES和EXAFS两个区域，分析价态变化的多种方法，以及在研究中与其他表征技术的协同作用。

同步辐射

它的波长范围覆盖红外、可见光、紫外、X射线直至γ射线，在材料科学与催化领域的研究中应用广泛。

X射线吸收现象可以类比为朗伯–比尔定律（Lambert-Beer Law）的一种表现形式。

即透射光强度（I）与入射光强度（I0）之间存在指数衰减关系，这种衰减由介质的吸光系数（μ）和光在介质中行进的路径长度（t）共同决定。

图2：XAS吸收示意图

XAS两个区域

X射线吸收近边结构（XANES）：XANES光谱的特征吸收边位置与原子的价态密切相关，价态越高，吸收边位置通常会向高能方向移动。

通过对XANES光谱的解析，还能获得原子的电子结构信息，包括价电子的分布和能级结构等。

EXAFS则侧重于提供原子间的距离、配位数等局部结构信息。

催化剂的活性往往与其活性位点的局部结构密切相关，通过EXAFS技术可以清晰地了解活性位点的原子排列方式、配位状态以及与周围原子的相互作用，从而为催化剂的设计和优化提供理论依据。

一阶导判断价态：吸收边位置法：积分法判断价态：线性组合分析：白线峰判断价态：面积分析法：图4：同步辐射六种价态分析方法

同步辐射在催化剂中的应用解读

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同步辐射XAS在论文中的关键作用：解析Ru团簇的价态与结构

证实了B和O与Ru团簇的配位模式，并揭示了其对催化活性的重要影响。

研究团队通过Ru K边XANES分析了Ru的化学状态。

nnn224+0图5：Ru K边的归一化XANES光谱

结合准原位XPS结果（图6），样品中还存在部分氧化态的Ru。

XANES结果进一步支持了这一点：Ru的价态整体接近金属态，但B和O的配位导致电子密度变化，调控了Ru0和Run+的比例，这是催化剂活性优异的关键因素之一。

0n+此外，研究团队还测试了O K边和B K边的软X射线XANES（图7），从非金属元素的角度进一步佐证了配位结构：

B K边XANES中，193.8 eV的弱峰表明B在样品中以掺杂形式存在，并与Ru配位，而非单纯吸附。

2、利用EXAFS解析Ru的配位结构：B-O共配位的直接证据

在Ru-O/rGO中，FT-EXAFS的主峰位于1.47 Å，对应Ru-O键。

n而在Ru-B-O/rGO中，主峰位于1.50 Å，键长介于Ru-O和Ru-B之间，表明Ru同时与O和B配位。

2进一步的EXAFS拟合结果（图9）更精确地指出，在Ru-B-O/rGO中，每个Ru原子周围平均有1个O原子和3个B原子配位，直接证实了B-O共配位的独特结构。

此外，小波变换（WT）分析通过对EXAFS信号的二维处理，排除了Ru-Ru金属键的干扰，确认了Ru以团簇形式存在，且主要与B、O配位。

在科学研究中，单一表征技术的结果通常需要其他技术的佐证，以形成完整的证据链。

1）与电镜（TEM/HAADF-STEM）的协同作用：从宏观分布到微观结构

这表明B-O共配位提供了更多的锚定位点。

XAS揭示的B-O共配位结构解释了为何B-O/rGO能够锚定更多的Ru团簇，即更强的配位作用使得Ru团簇在B-O/rGO表面的吸附更为稳定。

2）与同步辐射XRD的协同作用：从晶体结构角度佐证配位修饰

nnn这一现象源于B原子的掺杂。B的原子半径与Ru不同，进入晶格后会增大Ru的晶格间距。图11：SR-XRD表征

X射线光电子能谱（XPS）通过分析电子结合能，能够反映元素的电子密度变化。例如，Ru 3p轨道的结合能显示，Ru-B/rGO中Ru的结合能比Ru-B-O/rGO低0.4 eV（图12b），表明在B单独配位时，Ru的电子密度更低。

此外，B 1s轨道中B-Ru键的结合能在Run-B-O/rGO中更低（图12c），表明B作为电子桥传递电荷。

图12：XPS表征

密度泛函理论（DFT）计算从能量角度为实验现象提供了理论支持。DFT计算表明，B-O共配位显著降低了H *的脱附能垒（0.29 eV，低于单一配位的0.55-0.98 eV），并构建了完整的氢迁移路径（图13g、13h）。

与XAS的配合显示，XAS实验观察到的B-O共配位结构和Ru价态分布为DFT计算提供了真实的结构模型。图13：DFT计算

原位表征技术能够实时监测反应过程中的动态变化。准原位XPS跟踪了反应前后Ru价态的变化，发现Ru-B-O/rGO中Ru和Ru的峰位更为稳定（图14a）。

图14：RuC-B-O/rGO催化活性的机理研究

总结

未来，同步辐射XAS技术将在材料科学、催化等领域发挥更大作用，推动更多微观机制的探索。