台式easyXAFS NC连载第三弹，助力新加坡国立/中科院宁波材料所能源与催化研究新突破！

发布日期：2025-05-08

文章导读：

在科研探索中，材料微观结构的精准解析对揭示结构-性能关系、推动技术创新具有难以替代的作用。X射线吸收精细结构谱（XAFS）技术，作为一项强大的表征工具，能够深入解析材料的元素价态、配位环境与局部结构，为材料研究提供关键数据支撑。

台式X射线精细结构吸收谱仪 easyXAFS，无需同步辐射光源，可在实验室中获得高质量X射线吸收谱XAFS和X射线发射谱XES数据。近期，多个科研团队借助easyXAFS在国际顶级期刊Nature Communications上发表多篇高水平研究论文，涵盖水电解制氢、电还原有机小分子等能源与催化领域的前沿探索。通过对催化剂进行XANES与EXAFS精细表征，为揭示材料的局部结构与氧化态变化提供了精准证据，为深入理解催化机制、优化材料结构提供了有力支持。

台式X射线吸收精细结构谱仪-XAFS/XES

一．海水电解：光热协同催化助力海水电解制氢

针对海水电解催化剂在高盐碱环境下的稳定性、电解槽能效及能耗等挑战，新加坡国立大学Ghim Wei Ho团队开发出一种基于NiMo的新型光热促进催化剂（NiMo-H₂），并借助 easyXAFS 对其微观结构进行了深入解析。

通过Ni-K边 XANES 测试发现，NiMo-H₂催化剂的吸收边位置与金属Ni接近，表明Ni元素以金属态存在，有助于提升导电性与反应活性。EXAFS 分析揭示，NiMo-H₂样品中同时存在Ni-Ni与Ni-Mo配位路径，平均配位数分别为6.4和1.4，显著区别于金属Ni箔的Ni-Ni配位数（12），证实了Ni-Mo合金结构的形成。进一步的 小波变换（WT-EXAFS） 结果显示，NiMo-H₂中Ni-Ni与Ni-Mo的信号峰在不同k空间范围内出现，进一步印证了催化剂中Ni-Mo合金与Ni-Ni键的共存状态。这些精准的结构表征为揭示光热促进下催化剂的结构-性能关系提供了关键依据。依托合理的纳米棒-纳米粒子结构设计和优异的光热转化能力，催化剂在光照下实现了更低的过电位、更快的电荷转移和更高的氢气产率，并在高电流密度下保持长效稳定。

本研究不仅提出了光热协同电催化的新策略，更充分展示了 easyXAFS 在解析催化剂原子尺度结构与性能关系中的核心作用，为可持续海水电解制氢开辟了新路径。

参考： Photothermal-promoted anion exchange membrane seawater electrolysis on a nickel-molybdenum-based catalyst. Nat Commun 16, 3098 (2025). 

二．电化学还原乙腈制备乙胺：表面氢迁移助力乙胺高效电还原

在乙腈电还原过程中，析氢反应（HER）的竞争严重影响了乙胺的选择性。针对这一难题，中科院宁波材料所陈亮团队开发了一种自支撑CuO@Cu异质结构催化剂，通过表面氢迁移策略显著抑制HER并促进乙腈的高效电还原。

借助 easyXAFS 对CuO@Cu催化剂进行了 原位XAS 测量，XANES及其一阶导数的结果显示催化过程中Cu-K边吸收位置基本稳定，表明Cu的价态在长时间电解条件下保持不变，进一步验证了该催化剂优异的结构稳定性。这一精准的光谱分析为揭示催化剂在反应过程中的结构-性能关系提供了关键证据。

得益于CuO的活性位点与金属Cu的电子传导协同作用，该催化剂实现了近100%法拉第效率的乙胺选择性，并在0.2 A cm⁻²的高电流密度下稳定运行超过1000小时。

本研究不仅提出了通过表面氢迁移调控反应路径的新策略，也彰显了 easyXAFS 在探索电催化反应原子尺度机制中的重要作用。

参考：Surface hydrogen migration significantly promotes electroreduction of acetonitrile to ethylamine. Nat Commun 16, 2236 (2025).