文章導(dǎo)讀：

在科研探索中，材料微觀結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)解析對揭示結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系、推動技術(shù)創(chuàng)新具有難以替代的作用。X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）技術(shù)，作為一項(xiàng)強(qiáng)大的表征工具，能夠深入解析材料的元素價態(tài)、配位環(huán)境與局部結(jié)構(gòu)，為材料研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

臺式X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收譜儀 easyXAFS，無需同步輻射光源，可在實(shí)驗(yàn)室中獲得高質(zhì)量X射線吸收譜XAFS和X射線發(fā)射譜XES數(shù)據(jù)。近期，多個科研團(tuán)隊(duì)借助easyXAFS在國際頂級期刊Nature Communications上發(fā)表多篇高水平研究論文，涵蓋水電解制氫、電還原有機(jī)小分子等能源與催化領(lǐng)域的前沿探索。通過對催化劑進(jìn)行XANES與EXAFS精細(xì)表征，為揭示材料的局部結(jié)構(gòu)與氧化態(tài)變化提供了精準(zhǔn)證據(jù)，為深入理解催化機(jī)制、優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)提供了有力支持。

臺式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀-XAFS/XES

一．海水電解：光熱協(xié)同催化助力海水電解制氫

針對海水電解催化劑在高鹽堿環(huán)境下的穩(wěn)定性、電解槽能效及能耗等挑戰(zhàn)，新加坡國立大學(xué)Ghim Wei Ho團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于NiMo的新型光熱促進(jìn)催化劑（NiMo-H?），并借助 easyXAFS 對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入解析。

通過Ni-K邊 XANES 測試發(fā)現(xiàn)，NiMo-H?催化劑的吸收邊位置與金屬Ni接近，表明Ni元素以金屬態(tài)存在，有助于提升導(dǎo)電性與反應(yīng)活性。EXAFS 分析揭示，NiMo-H?樣品中同時存在Ni-Ni與Ni-Mo配位路徑，平均配位數(shù)分別為6.4和1.4，顯著區(qū)別于金屬Ni箔的Ni-Ni配位數(shù)（12），證實(shí)了Ni-Mo合金結(jié)構(gòu)的形成。進(jìn)一步的 小波變換（WT-EXAFS） 結(jié)果顯示，NiMo-H?中Ni-Ni與Ni-Mo的信號峰在不同k空間范圍內(nèi)出現(xiàn)，進(jìn)一步印證了催化劑中Ni-Mo合金與Ni-Ni鍵的共存狀態(tài)。這些精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)表征為揭示光熱促進(jìn)下催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了關(guān)鍵依據(jù)。依托合理的納米棒-納米粒子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化能力，催化劑在光照下實(shí)現(xiàn)了更低的過電位、更快的電荷轉(zhuǎn)移和更高的氫氣產(chǎn)率，并在高電流密度下保持長效穩(wěn)定。

本研究不僅提出了光熱協(xié)同電催化的新策略，更充分展示了 easyXAFS 在解析催化劑原子尺度結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系中的核心作用，為可持續(xù)海水電解制氫開辟了新路徑。

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

二．電化學(xué)還原乙腈制備乙胺：表面氫遷移助力乙胺高效電還原

在乙腈電還原過程中，析氫反應(yīng)（HER）的競爭嚴(yán)重影響了乙胺的選擇性。針對這一難題，中科院寧波材料所陳亮團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種自支撐CuO@Cu異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，通過表面氫遷移策略顯著抑制HER并促進(jìn)乙腈的高效電還原。

借助 easyXAFS 對CuO@Cu催化劑進(jìn)行了 原位XAS 測量，XANES及其一階導(dǎo)數(shù)的結(jié)果顯示催化過程中Cu-K邊吸收位置基本穩(wěn)定，表明Cu的價態(tài)在長時間電解條件下保持不變，進(jìn)一步驗(yàn)證了該催化劑優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這一精準(zhǔn)的光譜分析為揭示催化劑在反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了關(guān)鍵證據(jù)。

得益于CuO的活性位點(diǎn)與金屬Cu的電子傳導(dǎo)協(xié)同作用，該催化劑實(shí)現(xiàn)了近100%法拉第效率的乙胺選擇性，并在0.2 A cm?2的高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過1000小時。

本研究不僅提出了通過表面氫遷移調(diào)控反應(yīng)路徑的新策略，也彰顯了 easyXAFS 在探索電催化反應(yīng)原子尺度機(jī)制中的重要作用。

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