在材料科學(xué)、能源催化、環(huán)境科學(xué)等多個前沿領(lǐng)域，精準(zhǔn)解析物質(zhì)的原子尺度局域結(jié)構(gòu)是揭示材料性能本質(zhì)、優(yōu)化反應(yīng)過程的關(guān)鍵。同步輻射XAFS（X射線吸收精細結(jié)構(gòu)）測試技術(shù)，憑借同步輻射光源的高強度、高準(zhǔn)直性等優(yōu)勢，成為原子尺度結(jié)構(gòu)分析的“利器”。

核心原理：

要理解XAFS技術(shù)，首先要明確其核心基礎(chǔ)——X射線吸收現(xiàn)象。當(dāng)單色X射線穿過樣品時，部分X射線光子會被樣品中的原子吸收，導(dǎo)致透射X射線強度衰減。隨著入射X射線能量的連續(xù)變化，吸收強度會呈現(xiàn)特定的變化規(guī)律，而XAFS正是對這一變化規(guī)律中“精細結(jié)構(gòu)”的解析與應(yīng)用。

XAFS的精細結(jié)構(gòu)主要分為兩部分：XANES（X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)）和EXAFS（擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)），二者分別對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)信息維度。XANES位于吸收邊附近（能量范圍通常為吸收邊前后數(shù)十電子伏特），其峰形、峰位與原子的氧化態(tài)、配位數(shù)、配位環(huán)境的幾何對稱性密切相關(guān)，可快速判斷原子的化學(xué)狀態(tài)與近鄰配位的基本特征。

EXAFS則位于吸收邊高能側(cè)（能量范圍為吸收邊后數(shù)百至上千電子伏特），其振蕩信號源于被激發(fā)的光電子與周圍近鄰原子的散射作用。通過對EXAFS振蕩信號的擬合分析，可定量獲取原子間距、配位數(shù)、無序度等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)對物質(zhì)局域結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)刻畫。簡單來說，XANES負責(zé)“定性判斷”化學(xué)環(huán)境，EXAFS負責(zé)“定量解析”微觀結(jié)構(gòu)，二者結(jié)合構(gòu)成了XAFS技術(shù)的核心優(yōu)勢。

技術(shù)應(yīng)用：

同步輻射XAFS技術(shù)的優(yōu)勢在于“原子尺度”“元素選擇性”“適用于多種物態(tài)”，因此在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在能源催化領(lǐng)域，可解析催化劑活性中心的原子結(jié)構(gòu)，揭示催化反應(yīng)的微觀機理，為催化劑的設(shè)計與優(yōu)化提供理論支撐；在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，可追蹤重金屬離子在水體、土壤中的賦存形態(tài)與轉(zhuǎn)化路徑，為污染治理提供科學(xué)依據(jù)；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可解析生物大分子中金屬離子的結(jié)合位點結(jié)構(gòu)，助力藥物設(shè)計與疾病機制研究。