近年來，表面缺陷調控工程被認為是提高催化劑催化活性的種高效方法。因為表面缺陷工程可以有效調控活性位點的配位環境，從而化催化劑的電子結構，實現電子轉移和中間產物（*OH、*O和*OOH）吸附自由能的化，大大提升催化反應效率。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）因其在水氧化（OER）反應中的異性能而被廣泛研究。而表面缺陷的引入將進步提升其在OER中的催化效率。近期，鄭州大學馬煒/周震教授及其他合作者成功揭示了NiFe雙金屬氫氧化物納米片中表面缺陷對于OER反應的巨大提升作用，同時通過結合X射線吸收譜（臺式easyXAFS300+，美國easyXAFS公司），成功揭示了表面缺陷在催化反應中的作用機制，相關研究成果發表于Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.

該課題組通過用H₂O₂和H₂O（v/v=1:1）的混合溶液將水熱條件下制備的Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT復合物進行氧化，得到了富含缺陷的Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT-t（為雙氧水處理氧化時間）催化劑。經過24h的氧化處理， Ni_1/2Fe_1/2(OH)₂/CNT-24表面形成了豐富的缺陷結構。相較與沒有氧化處理的催化劑， Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT-24催化劑表面展現出明顯的孔洞，這是由于氧化過程中，Fe(OH)₂向α-FeOOH轉變而從層間脫離，形成的孔洞和缺陷結構。

為了進步驗證氧化處理后催化劑的缺陷結構，研究人員用實驗室臺式X射線吸收譜（easyXAFS300+）進行催化劑表征。相關測試結果如圖1所示，為實驗樣品中Ni的k edge X射線吸收譜圖（XAFS），可以看出，實驗樣品與Ni foil有著明顯的吸收邊和近邊結構的區別，說明主要的實驗樣品皆為+2價Ni元素。圖1b為Ni k edge傅里葉變換R空間數據，可以得知經過24h氧化的樣品的Ni-O的散射路徑長度為1.80 ?，明顯小于原始樣品（NiFe-LDH）的1.89 ?。且氧化后樣品的Ni-O配位數為4.5，明顯低于原始樣品（NiFe-LDH）的配位數6。以上數據表明經過雙氧水的氧化后，部分Ni-O鍵斷裂，Ni展現出不飽和配位，催化劑中存在氧空位。同時，通過第二殼層的分析發現，氧化樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度為2.96 ?，配位數為4，而原始樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度 2.95 ?，配位數為4。由此可見，經過雙氧水的氧化腐蝕作用，NiFe-LDH樣品中存在明顯的金屬缺陷和氧空位（鎳缺陷或鐵缺陷）。

圖2. easyXAFS公司的臺式XAFS/XES譜儀

實驗室臺式XAFS譜儀勢：

1. 臺式設計，可以在實驗室內隨時滿足日常樣品分析；

2. LabVIEW軟件腳本控制，附帶7位自動樣品輪, 可以同時進行多個樣品或樣品參數條件下的測試；

3. 可集成輔助設備，搭配原位池，可實現高壓、氣體氛圍、電化學等條件下的測試（已輔助客戶成功驗證），實現精準原位表征測試。

4. 臺式XAFS/XES譜儀具有XAFS和XES兩種工作模式，可快速切換，滿足不同科研試驗需求;

5. 臺式XAFS/XES譜儀測得的譜圖效果可以媲美同步輻射數據，如圖3所示，其測得的Ni元素的EXAFS，Ce和U元素的L₃-edge的XANES譜圖數據與同步輻射光源譜圖效果*致；

圖3. （a, b）臺式XAFS/XES譜儀與同步輻射光源測得的Ni EXAFS及傅里葉變換后R空間對比譜圖, （c、d）Ce和U L₃-edge XANES譜圖數據對比圖

6. 多種型號和配置可選，滿足不同科研要求；

7. 操作便捷，維護成本低，安全可靠.

參考文獻：

[1] Ge J, Zheng J Y, Zhang J, et al. Controllable atomic defect engineering in layered Ni_xFe_1-x (OH)₂ nanosheets for electrochemical overall water splitting[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.

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XAFS/XES 臺式X射線吸收精細結構譜儀

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