Espectroscopia de absorción de rayos X (XAS),Con su resolución a nivel atómico, juega un papel indispensable en la investigación de baterías de iones de litio, pilas de combustible y materiales fotocatalíticos, manifestándose específicamente en los siguientes aspectos:

Baterías de iones de litio: análisis del comportamiento dinámico y los mecanismos redox de los materiales de los electrodos

La XAS, mediante el análisis sinérgico de la estructura cercana al borde de absorción de rayos X (XANES) y la estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS), permite el seguimiento en tiempo real de la evolución del estado de valencia y los cambios estructurales locales en los materiales de los electrodos durante los procesos de carga y descarga. Por ejemplo, en materiales catódicos ricos en litio y basados ​​en manganeso, la XANES revela que los iones de Ni se oxidan a valores cercanos al Ni.⁴⁺Al cargarse a 4,3 V, se produce una ligera disminución del estado de valencia a 4,8 V, reduciéndose gradualmente a su estado inicial durante la descarga, lo que demuestra un comportamiento redox altamente reversible. EXAFS, mediante el análisis de los cambios en la longitud de los enlaces Ni-O, confirma que la formación de vacantes de coordinación de oxígeno domina el proceso de compensación de carga. Además, la tecnología XAS combinada con RIXS permite comprender mejor las vías redox del oxígeno reticular, proporcionando así fundamentos teóricos para el diseño de materiales catódicos de alta densidad energética.

Pilas de combustible: revelación de los sitios activos del catalizador y los mecanismos de estabilidad

La XAS es una herramienta fundamental para el estudio de las características dinámicas de los catalizadores de pilas de combustible. Por ejemplo, en los catalizadores de nanopartículas de Pt, la XANES, mediante el análisis de la posición del borde de absorción de la L de Pt,₃El borde revela fuertes interacciones entre Pt y Zn/Co, con transferencia de electrones de Pt a Zn y Co, lo que explica el mecanismo electrónico que subyace a la mayor actividad del catalizador. EXAFS, mediante el análisis de las longitudes de los enlaces de coordinación Pt-Zn y Pt-Co, confirma que la estructura de pegamento atómico "Pt-Zn-N" estabiliza las partículas de PtCo mediante enlaces químicos, suprimiendo la aglomeración a alta temperatura. Además, XAS puede utilizarse para investigar la estabilidad estructural de los catalizadores tras el tratamiento ácido, proporcionando parámetros clave para optimizar el diseño de catalizadores.

Materiales fotocatalíticos: elucidación de la transferencia de carga y las vías de reacción

Al analizar la estructura electrónica y el entorno de coordinación de los sitios metálicos, la XAS puede revelar los mecanismos microscópicos de separación y transferencia de carga en materiales fotocatalíticos. Por ejemplo, en estudios de catalizadores de cobalto de un solo átomo (Co-SA/NC), la XAS combinada con espectroscopia Raman dilucida el papel del Co-N.₄Las estructuras de coordinación promueven la conversión de especies de azufre, lo que revela cómo la evolución dinámica de los enlaces Co-S inhibe el transporte de polisulfuros. Además, la XAS puede aplicarse para estudiar los cambios de estado de valencia en fotocatalizadores durante las reacciones, lo que proporciona información a nivel molecular para optimizar el rendimiento fotocatalítico.