Elementspezifische Einblicke in die lokale Struktur und den elektronischen Zustand von Materialien
Die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) ist ein leistungsstarkes Analyseverfahren zur Untersuchung der lokalen Atomstruktur und des elektronischen Zustands von Materialien. Anders als bei Diffraktionsverfahren, die die Fernordnung des Kristallgitters aufzeigen, liefert die XAS elementspezifische Informationen über die unmittelbare Umgebung einzelner Atome.
Dies macht die XAS besonders wertvoll für die Untersuchung komplexer Materialien wie Katalysatoren, Batterieelektroden, Nanomaterialien und funktionale Oxide.
Die XAS findet breite Anwendung in zahlreichen Fachgebieten wie Materialwissenschaften, Chemie, Physik, Umweltwissenschaften oder Biologie. Traditionell wurden diese Experimente aufgrund ihrer Röntgenquellen mit hoher Helligkeit in Synchrotron-Anlagen durchgeführt. Der Zugang zu diesen Anlagen ist jedoch begrenzt, und die Strahlzeit ist hart umkämpft, was wertvolle Zeit und Ressourcen kostet.
Mit modernen Laborgeräten wie dem Empyrean können XAS-Messungen nun direkt im Labor durchgeführt werden, sodass der Zugang zu fortschrittlicher chemischer und struktureller Charakterisierung erleichtert wird.
In einem Experiment zur Röntgenabsorptionsspektroskopie werden Röntgenstrahlen mit einer definierten Energie auf eine Probe gerichtet. Wenn die Energie der einfallenden Röntgenstrahlen der Bindungsenergie eines Kernelektrons in einem Atom entspricht, wird das Elektron in einen unbesetzten Zustand angeregt oder aus dem Atom ausgestoßen.
Durch die Messung, wie stark die Probe Röntgenstrahlen absorbiert, während die Energie über eine Absorptionskante variiert wird, ergibt sich ein XAS-Spektrum.
Der Absorptionskoeffizient wird bestimmt, indem die mit der Probe und ohne die Probe gemessene Röntgenintensität verglichen und das Lambert-Beersche Gesetz angewendet wird.
Durch das Scannen der Energie der einfallenden Röntgenstrahlen über einen Bereich um die Absorptionskante wird ein detailliertes Absorptionsspektrum aufgezeichnet. Die feine Struktur innerhalb dieses Spektrums enthält Informationen über die elektronische Struktur und die Anordnung der Atome um das absorbierende Element.
Ein XAS-Spektrum besteht aus zwei Hauptbereichen, die jeweils unterschiedliche strukturelle Informationen enthalten: Röntgen-Nahkanten-Absorptionsspektroskopie (XANES) und Röntgenabsorptionsspektroskopie der kantennahen Feinstruktur (EXAFS).
Weitere Informationen zu diesen Themen finden Sie unten.
Der Bereich nahe der Absorptionskante (in der Regel innerhalb von ca. 50 eV) wird als XANES bezeichnet.
XANES ist sehr empfindlich gegenüber:
Dies macht XANES besonders nützlich für die Untersuchung von Änderungen des chemischen Zustands und Redox-Prozessen.
Jenseits des kantennahen Bereichs liegt der EXAFS-Bereich, der sich mehrere hundert Elektronenvolt über die Absorptionskante hinaus erstrecken kann.
Die im EXAFS beobachteten Schwingungen entstehen durch die Interferenz zwischen austretenden Photoelektronen und von benachbarten Atomen gestreuten Wellen.
Die Analyse dieser Schwingungen liefert detaillierte Informationen zu Folgendem:
EXAFS ist daher ein nützliches Hilfsmittel zur Bestimmung der lokalen Struktur von Materialien, selbst in Systemen ohne Fernordnung.
Die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) bietet detaillierte Einblicke in die lokale chemische und strukturelle Umgebung bestimmter Elemente innerhalb eines Materials.
Zu den wichtigsten Informationen, die mit der XAS gewonnen werden können, gehören:
Da die XAS elementspezifisch ist, kann sie einzelne Elemente selbst in komplexen Gemischen oder mehrphasigen Materialien selektiv untersuchen.
Synchrotron-Anlagen bieten leistungsstarke Röntgenquellen, der Zugang ist jedoch oft begrenzt, und Experimente müssen rechtzeitig im Voraus geplant werden.
Mit laborbasierter XAS können Forscher:
Mit dem Empyrean XAS haben Forscher flexiblen Zugang zu XAS direkt im eigenen Labor.
Entdecken Sie, wie die Röntgenabsorptionsspektroskopie die Forschung in wichtigen Anwendungsbereichen unterstützt:
Erweitern Sie Ihre vielseitige Röntgenplattform um Einblicke in lokale chem...
Die XAS ist jetzt exklusiv auf der Empyrean-Plattform verfügbar, sodass Sie Einblicke auf Synchrotron-Niveau erhalten können, ohne Ihr Labor zu verlassen. Empyrean vereint auf einzigartige Weise moderne Röntgendiffraktion (XRD), Röntgenstreuung, Röntgenbildgebung und XAS auf einer einzigen modularen Forschungsplattform.
Ein XAS-fähiges Empyrean umfasst:
Diese einzigartige Integration ermöglicht es Forschern, sowohl strukturelle als auch elektronische Informationen über eine einzige Geräteplattform zu erhalten, einschließlich Phasenidentifizierung und Quantifizierung