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）的强大技术之中。下面华算科技和大家一起解密原子级配位结构：XAFS技术如何精准识别配位原子、键长？

洞察微观世界的“尺子”：XAFS技术原理

单重散射与多重散射

光源照射到样品上时，如果X射线的能量恰好达到或超过样品中某种元素的内层电子的束缚能，这个电子就会被激发并“弹射”出去，形成光电子。

这个过程会导致样品对该能量X射线的吸收急剧增加，在吸收谱上形成一个陡峭的“吸收边”。

XAFS的精妙之处在于吸收边之后的部分。被激发出的光电子像一颗在原子晶格中传播的波，它会与周围的配位原子（比如氧原子和氮原子）发生散射。

这项技术的一大优势在于它对短程有序结构极为敏感，而不依赖于材料是否具有长程有序的晶体结构。这意味着无论是晶体、非晶、液体还是分子气体，只要存在特定的配位环境，XAFS都能大显身手。

XANES位于吸收边附近约50 eV范围内的区域。这部分谱图的形状和峰位对中心原子的氧化态（价态）、电子结构以及配位环境的几何对称性（如四面体或八面体）非常敏感。

EXAFS位于距离吸收边更远的高能区域。这部分的振荡信号包含了关于中心原子周围局域结构更精确的定量信息。

XAFS=XANES+EXAFS

XAFS如何“解剖”配位结构

在众多配位结构中，金属-氧-氮（M-O-N）配位由于其在自然界（如金属酶）和人工合成材料（如单原子催化剂）中的广泛存在而备受关注。

1. 精确测量键长（M-O 与 M-N）

键长是描述原子间距离最基本的参数。在EXAFS分析中，通过对振荡信号进行傅里衣变换，可以得到一个类似径向分布函数的图谱，其峰位直接对应着中心原子与各层配位壳层原子之间的距离。

R空间图像

2. 确定配位数

拟合结果示意图

3. 识别配位原子

理想情况下，我们希望XAFS不仅能告诉我们有几个邻居、距离多远，还能明确指出这些“邻居”是氧还是氮。由于氧（原子序数8）和氮（原子序数7）在元素周期表中是近邻，它们的原子序数和电子结构非常相似，导致它们对光电子的背散射能力也极为相近。因此，仅通过标准的EXAFS分析，往往很难将它们清晰地区分开。

尽管存在这一固有限制，研究者们依然发展出了多种策略来应对。一种常见的方法是结合其他信息进行综合判断。

另一种更强大的策略是“理论计算辅助”，即将XAFS实验数据与基于密度泛函理论（DFT）等方法构建的理论模型相结合。

XAFS技术如同一座桥梁，连接了材料的宏观性能与微观原子世界。它为我们提供了一种强有力的手段，去“看见”和“度量”金属-氧-氮这类复杂配位环境中的微观细节。

展望未来，随着同步辐射光源性能的提升和数据分析理论的发展，XAFS技术必将在揭示更多未知材料的微观奥秘、指导新型功能材料和高效催化剂的理性设计方面，继续发挥其关键作用。