Espectroscopia de absorción de rayos X (XAS)Revela información sobre el entorno químico local y la estructura electrónica de los materiales mediante el análisis de su estructura de borde de absorción en respuesta a los rayos X. La clave del diseño experimental reside en la uniformidad de la preparación de las muestras y el control preciso de los parámetros de medición. A continuación, se presentan las directrices clave del procedimiento:

I. Optimización de la preparación de muestras

Muestras de polvo

Molienda y peletización: Moler la muestra hasta un tamaño de partícula <10metrom para reducir los efectos de granularidad. Utilice una prensa hidráulica para formar gránulos delgados con un diámetro de 5-10 mm y un espesor de 0,5-1 mm bajo una presión de 10-20 MPa, garantizando una tasa de transmisión del 30 %. Por ejemplo, evite el pulido excesivo de muestras de óxido metálico para evitar distorsiones reticulares.

Dilución y mezcla: Para elementos con fuerte absorción (por ejemplo, Fe, Cu), diluya a una concentración adecuada (normalmente 1-5 % en peso) utilizando una matriz inerte (por ejemplo, ácido bórico, celulosa) para evitar la distorsión de las características del pre-borde debido a efectos de autoabsorción. 

Muestras de película delgada/líquido

Deposición de película delgada: Prepare películas uniformes con un espesor <500 nm utilizando métodos como pulverización catódica con magnetrón o recubrimiento por centrifugación para evitar interferencias de interfaces de películas multicapa.

Encapsulación de líquidos: encapsule muestras líquidas utilizando una película de poliimida (por ejemplo, Kapton), controlando el espesor de la capa de líquido a <1 mm para reducir la dispersión de fondo.

Control ambiental

Las muestras deben prepararse en una atmósfera inerte (p. ej., una caja de guantes de argón) para evitar la oxidación o la hidrólisis. Por ejemplo, los materiales de cátodo de baterías de iones de litio requieren un aislamiento completo del CO.₂y H₂O durante todo el proceso.

II. Optimización de los parámetros de medición

Rango de escaneo de energía

Región anterior al borde: escanee 50-100 eV hacia el lado de energía más baja centrado en la energía del borde de absorción (E₀) para capturar características previas al borde.

Región extendida (EXAFS): Escanee hasta E₀+1000 eV hacia el lado de mayor energía, con tamaños de paso que aumentan gradualmente desde 0,5 eV (región del borde cercano) a 5 eV (región del borde lejano). 

Parámetros del haz

Tamaño del haz: seleccione un tamaño entre 100metrometro×100metrom a 1 mm×1 mm según la uniformidad de la muestra. Un tamaño de punto menor mejora la resolución espacial, pero requiere tiempos de adquisición más largos.

Resolución del monocromador: utilice monocromadores Si(111) o Si(311) con una resolución de energíaDY Y≈10⁻⁴para equilibrar la resolución y el flujo.

Estrategia de adquisición de datos

Promedio de escaneo múltiple: para muestras de señales débiles (por ejemplo, soluciones diluidas), promedie entre 10 y 20 escaneos para mejorar la relación señal-ruido.

Control de temperatura: Los experimentos a baja temperatura (por ejemplo, 10 K) requieren un criostato de flujo de helio líquido para reducir el impacto de las vibraciones térmicas en las amplitudes EXAFS.

III. Verificación y estandarización

Utilice muestras estándar (por ejemplo, láminas metálicas) para calibrar el eje de energía, asegurando las diferencias en E₀son <0,1 eV.

Verifique la calidad de los datos EXAFS mediante el análisis de la transformada de Fourier; la posición del pico principal debe desviarse de la longitud de enlace teórica en <0,02 Å.

Una preparación de muestras bien diseñada y un control de parámetros mejoran significativamente la confiabilidad de los experimentos XAS y la precisión del análisis de la información química, proporcionando un respaldo de datos crucial para la investigación en campos como la catálisis y los materiales energéticos.