用户连发Adv. Funct. Mater.！台式easyXAFS解析电池及能源材料关键结构演化

在电池与能源材料研究中，真实工作状态下的原子尺度结构与电子行为，是推动材料性能提升的核心所在。然而，高电压循环中的电荷补偿路径、多金属体系中的真实位点分布，以及过渡金属局域配位畸变引发的电子结构重排等关键过程，难以通过常规表征手段直接捕捉。X 射线吸收精细结构谱（XAFS）作为解析此类机理的核心工具，其台式化解决方案easyXAFS 凭借突出的优势成为科研人员的共同选择，为相关研究提供了更为便捷、精准的表征方案，以下三大典型案例将充分印证其技术实力。

在富锂层状正极材料中，高电压充电过程往往伴随着复杂的电荷补偿行为，其本质直接决定了材料的可逆容量与长期结构稳定性。为解析不同材料在长循环后的失效机制，研究人员利用easyXAFS对 Co K 边 X 射线吸收谱进行了系统研究^[1]。

Co K-edge XANES 结果显示，在经历 100 次循环并处于完全充电态后，SRLCO 样品的 Co 吸收边位置相较于 BLCO 明显向高能方向移动，表明 Co 的平均氧化态显著升高，说明在充电过程中 Co3?/Co?? 更充分地参与了电荷补偿过程。该机制有利于 Li? 的高效脱嵌，从而实现更高的可逆容量。

相比之下，BLCO 样品的 Co 吸收边变化较小，却伴随着明显的氧析出行为，表明其电荷补偿过程更多依赖氧参与，导致显著的电化学不可逆性。进一步的 Co K-edge EXAFS 分析表明，BLCO 在 100 次循环后出现 Co–O 与 Co–Co 配位距离压缩，反映出局域配位环境的畸变。这一结果直接揭示了高电压析氧与结构退化之间的内在联系。

通过 XANES 与 EXAFS 的协同分析，easyXAFS 从原子尺度明确指出：稳定的过渡金属电荷补偿路径，是抑制高电压析氧行为、维持结构完整性的关键因素。

在多金属尖晶石氧化物体系中，不同金属元素共存往往使真实活性位点难以判定。针对这一问题，研究人员借助 easyXAFS 对 Co、Ni、Zn 等多种元素的 K 边 XAFS 进行了系统分析，从原子尺度揭示了多金属协同调控机制^[2]。

Co K-edge XANES 结果显示，HEO-HoMSs 样品的吸收边位置高于 CoO 而低于 Co?O?，并相较于 MEO-HoMSs 整体向高能方向移动，表明 Co 的平均价态升高。进一步的 Co K-edge EXAFS 拟合与傅里叶变换分析表明，HEO-HoMSs 中 Co 在晶格中的占位方式发生显著重构：四面体位 Co 的比例明显降低，而八面体位 Co 的占比显著提升。基于 Co K-edge EXAFS 拟合得到的定量配位数结果显示，HEO-HoMSs 中 Co 的八面体占位比例高达 0.84，明显高于对照样品。

同时，Ni 与 Zn 的 K-edge XANES 与 EXAFS 分析表明，这些金属元素倾向于优先占据四面体位，并通过 M–O–Co（M = Ni, Zn）桥联方式与 Co 形成协同结构。WT-EXAFS 分析进一步在 K–R 空间中清晰区分了 Co–O、Co–M、Ni–M 与 Zn–M 的散射贡献，为多金属协同掺杂提供了直接结构证据。研究表明，多金属并非简单掺杂，而是通过位点选择性重分布系统性重塑了 Co 的局域配位环境与电子结构，而这一结论依赖于 XAFS 才能被准确定量。

在层状钒基材料中，过渡金属局域配位环境的细微变化往往会引发显著的电子结构重排。为深入理解不同结构中 V 位点的真实几何构型与电子状态差异，研究人员利用 easyXAFS对V K边X射线吸收谱进行了系统分析^[3]。

V K-edge XANES 结果显示，在 ≈5471 eV 处可观测到明显的 pre-edge 特征峰。该峰源于 1s → 3d 的四极跃迁，对 V 位点的局域对称性及 3d–2p 杂化程度高度敏感。相比 ChVOH，βVOH 样品表现出更强的 pre-edge 峰强度，表明其未占据的 V 3d 态数量增加，反映出 [VO?] 八面体畸变程度的显著提升以及更强的 V–O 轨道杂化效应。

进一步的 V K-edge EXAFS 分析清晰分辨了不同配位壳层的结构特征。位于 ≈1.7 ? 和 ≈2.2 ? 的散射峰主要来源于第一配位壳中的 V–O 单散射贡献，而 ≈2.7 ? 处的峰则对应相邻八面体之间的 V–V 相互作用。WT-EXAFS 分析在 k–R 空间中直观区分了 V–O 与 V–V 的散射贡献，为 EXAFS 拟合结果提供了可靠验证。

该研究从原子尺度建立了 V 位点局域畸变、电子结构重排与性能响应之间的内在联系，充分体现了 XAFS 在解析复杂配位环境中的特有优势。

从以上三项研究可以看到，无论是高电压电池材料中的结构稳定性问题，多金属体系中的真实协同机制解析，还是过渡金属局域配位与电子行为的精细表征，XAFS 都已成为决定论文深度与说服力的核心证据来源。

目前，easyXAFS 已持续助力科研团队在 Advanced Functional Materials、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Nature Communications、JACS、Energy & Environmental Science 等国际高水平期刊发表重要成果，成为推动多学科前沿研究突破的核心技术支撑，为材料科学领域的创新发展注入强劲动力。

[1]. Liu, Hang, et al. "Surface Reconstruction Enables High‐Voltage, Long‐Life All‐Solid‐State Batteries." Advanced Functional Materials (2025): e16460.

[2]. Liu, Zhihao, et al. "Unlocking Activity Origins of High‐Entropy Spinel Oxides: Tailoring Octahedral Coordination Chemistry for Accelerated Polysulfide Conversion." Advanced Functional Materials (2025): e11616.

[3]. Niu, Huanhuan, et al. "Enhanced Working Voltage in Hydrated Vanadate Cathodes: Insights into [VO?] Octahedral Distortion and V 3d Orbital Splitting." Advanced Functional Materials: e18785.