登刊 Adv. Funct. Mater.！easyXAFS 解锁光热催化甲烷合成的原子级奥秘
发布日期：2026-02-05
台式 X 射线吸收精细结构分析系统easyXAFS打破同步辐射光源的依赖，凭借高灵敏（≤0.1 wt% 样品精准测试）、高检测精度（ppm 级 XES 分析）、宽能量覆盖（4.5–25 keV，适配 70 余种元素）、成熟稳定（服务 200 余家用户，市场占有率超 70%）及跨领域适配（覆盖催化、电池、能源等多前沿方向）等优势，让科研人员在常规实验室环境中即可高效开展 XAFS 与 XES 测试，为材料微观结构研究提供直接可靠的结构证据。近期，浙江师范大学研究人员发表于 Advanced Functional Materials 的高水平研究，利用台式X射线吸收精细结构谱仪-easyXAFS解析了催化剂的化合态及配位环境，从原子尺度揭示了催化剂活性位点，为理解其卓越的光催化性能提供了至关重要的结构证据。
台式X射线吸收精细结构谱/发射谱仪-easyXAFS
利用太阳能将二氧化碳和水转化为可再生燃料和有价值的工业原料，是减少温室气体排放和实现碳中和目标的可持续战略。金属性材料（如TiN）具有高载流子浓度、优异的光热性能和宽光谱吸收等优势，但其实际应用受制于严重的电荷复合和不利的表面氧化还原位点。为解决上述问题，浙江师范大学研究人员提出了一种协同策略，设计并制备了一种三元复合催化剂 F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅，CH₄产率高达 260.3 μmol g⁻¹ h⁻¹，选择性达到 91.8%，是目前已报道的金属基光催化剂中的最高水平之一。
Ni-K边的XANES谱图显示，F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅与商业的Ni(OH)₂ 的光谱几乎完全重叠，这表明样品中的Ni离子主要以+2价存在，其局域电子结构与Ni(OH)₂非常相似。 Cu-K边的XANE谱图显示，F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅与商业的Cu(OH)₂ 的光谱基本重合。这表明样品中的Cu离子也主要以+2价存在。作者进一步对傅里叶变换后的EXAFS图谱进行分析，以获取配位原子种类和键长信息。在F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 的Ni K边EXAFS谱中，可以观察到两个主峰：位于约 1.6 Å（未进行相移校正）处的峰，归属于第一配位层的Ni-O键。位于约 2.7 Å 处的峰，归属于第二配位层的Ni-(Ni/Cu)键。这些峰的位置与Ni(OH)₂ 参比样品的峰位高度一致。在F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 的Cu K边EXAFS谱中，R空间主要观察到一个强峰，对应于第一配位层的Cu-O键，而Cu-Cu配位的特征峰在F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 的谱图中并未明显观察到。EXAFS分析表明，Ni原子保持了氢氧化物中的典型配位环境；而Cu原子配位环境与Cu(OH)2存在显著差异，表明Cu²⁺离子并非形成独立的Cu(OH)₂相，而是原子级别地取代了Ni(OH)₂晶格中的Ni²⁺位点，形成了Ni-Cu固溶体（或称为双金属氢氧化物）。
为进一步证实上述结论，作者进行了Wavelet变换分析，该技术能同时在径向距离和k空间分辨率上提供信息。F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 和 Ni(OH)₂ 在k值约 6.0 Å⁻¹ 处都显示出强烈的信号最大值，对应于Ni-O配位。F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 在约 7.1 Å⁻¹ 处也观察到了Ni-(Ni/Cu)配位的信号，但其强度低于Ni(OH)₂ 中Ni-Ni配位的信号强度。F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 和 Cu(OH)₂ 在k值约 6.2 Å⁻¹ 处都显示出强烈的信号最大值，对应于Cu-O配位。然而，Cu(OH)₂ 在约 8.2 Å⁻¹ 处出现的、归属于Cu-Cu配位的特征信号，在F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 的WT图中并不明显。WT分析结果与EXAFS分析相互印证，F/T@Ni₀.₅Cu₀.₅ 中Ni-(Ni/Cu)信号强度的减弱以及Cu-Cu配位信号的消失，为Cu原子成功掺入Ni(OH)₂晶格、形成了均匀的Ni-Cu双金属氢氧化物提供了最直接的证据，这种原子级别的混合是产生Ni-Cu协同效应的结构前提。
参考文献：
[1]. Significant Enhancement of Photothermal-Assisted Broad-Spectrum CH4 Photosynthesis from CO2 and H2O Through Heterojunction and Cocatalyst Engineering on Metallic TiN, Adv. Funct. Mater. 2025, e13733
