自 1895 年倫琴發(fā)現(xiàn) X 射線以來，基于 X 射線衍射技術(shù)等多種材料結(jié)構(gòu)表征方法應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域研究重要的實(shí)驗(yàn)工具。然而，在長(zhǎng)程有序的晶體結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域取得了輝煌成就的 X 射線衍射技術(shù)，對(duì)于非晶材料結(jié)構(gòu)的探索卻表現(xiàn)出無能為力。X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）作為一種材料局域結(jié)構(gòu)解析的先進(jìn)表征技術(shù)，利用 X 射線與結(jié)構(gòu)原子相互作用時(shí)系統(tǒng)量子力學(xué)狀態(tài)的描述，能夠在短程結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)提供相較于 X 射線晶體衍射更加精確的原子結(jié)構(gòu)配位信息。

1. 小光源尺寸實(shí)現(xiàn)高能量分辨

所有實(shí)驗(yàn)室 X 射線光譜儀能量分辨率均受限于 X 射線光源的尺寸。傳統(tǒng)的 X 射線光譜儀設(shè)計(jì)，為了獲得高的光通量值，光源必須采用高功率的 X 射線光管，其產(chǎn)生的大尺寸的X 射線源極大的限制了光譜的分辨能力。微焦點(diǎn) X 射線源則大為不同，無狹縫的光源設(shè)計(jì)，得益于陰極發(fā)射的電子被聚焦于陽(yáng)極靶材的一點(diǎn)，能夠在微米級(jí)的光源上獲得非常高的亮度，實(shí)現(xiàn)光子的利用率最大化和光譜的分辨能力最優(yōu)化。

2. 柱面 HAPG 彎晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)平晶實(shí)現(xiàn)光子利用率的最大化

傳統(tǒng)透射式幾何的 X 射線吸收譜儀光路受限于分析晶體反射率和分辨率的矛盾，必須通過提高光源的電子束功率來增強(qiáng)光通量值。對(duì)于 HAPG 晶體而言，其特點(diǎn)在于能夠在一定曲率面型的基底上形成理想的層狀石墨晶體，在保證晶體高分辨率的同時(shí)，能夠提供 10-100 倍于傳統(tǒng)分析晶體的光通量增益，真正實(shí)現(xiàn)譜儀系統(tǒng)光子利用率的最大化。

3. 大靶面光子計(jì)數(shù)陣列探測(cè)器，一次攝譜獲得高能量帶寬的光譜圖

歸功于高亮度的微焦點(diǎn) X 射線源、聚焦射線的柱面 HAPG 晶體以及大面陣的 HPC 探測(cè)器，高質(zhì)量的 X 射線光譜能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得，并且根據(jù) HAPG 晶體的幾何尺寸設(shè)計(jì)，一次攝譜可獲得 300-1000 eV能量帶寬的光譜數(shù)據(jù)，在一定程度上滿足了原位時(shí)間分辨的實(shí)驗(yàn)需求。

XAFS 對(duì)材料結(jié)構(gòu)的研究主要集中于負(fù)載或非負(fù)載析出相，因?yàn)樗砹嘶钚载?fù)載非晶材料的典型。而這類材料結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)程無序，短程有序特性，使得 XAFS 成為描述吸收原子局域結(jié)構(gòu)唯一的表征方法。圖1顯示了 Co²⁺ 負(fù)載 COFs 材料的 EXAFS 結(jié)果，傅里葉變換第一殼層擬合位于1.6 ?，代表 Co-N 配位鍵，更長(zhǎng)距離未觀測(cè)到 Co-Co 鍵的擬合峰，表明 Co²⁺ 在 COFs 材料中形成高度分散的 Co-聯(lián)吡啶位點(diǎn)，它具有高局域結(jié)構(gòu)的有序性和弱的長(zhǎng)程有序性。

 (a) Macro-TpBy-Co 合成示意圖；(b) Macro-TpBy-Co 中Co K 邊 XANES 譜圖，Co 和 Co₃O₄ 為參照標(biāo)準(zhǔn)樣品；(c) Co K 邊 R 空間傅里葉變換 EXAFS 譜圖。[J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6623?6630]

(a) La₂Ni_0.8Cu_0.2O₄ 和  (b)  La_1.8Ba_0.2Ni_0.9Cu_0.1O₄  在 DRM 反應(yīng)前和 770 ℃冷卻、DRM 反應(yīng)后  30 min 及 90 min  Ni K 邊 XANES 譜圖，La₂NiO₄ 和 Ni 為參照標(biāo)準(zhǔn)樣品。[ACS Catal. 2021, 11, 43?59]