掠入射荧光XAFS研究Pt超薄膜的局域结构

利用荧光X射线吸收精细结构(XAFS)技术研究了厚度为3-105nm范围的分子束外延生长的Pt金属薄膜的局域结构。结果表明,30nm和105nm Pt薄膜的XAFS结果与多晶Pt箔的相似,在径向结构函数图中的2．6l、3．80、4．63、5．43A处出现第一、二、三和四配位壳层的配位峰,保持着Pt金属的面心立方结构特征。30nm Pt薄膜样品的结构参数：配位数N=11．9,键长R=2．77A,无序度σ^2=0．0055A^2。3nm和10nm Pt超薄膜的径向结构函数曲线中的第一配位峰形状与105nm Pt厚膜的相似,但强度明显降低,其结构参数分别为：N=10．1,R=2．78A^2,σ^2=0．0077A^2;N=11.3,R=2．77A,σ^2=0．0061A^2;同时其高壳层的配位峰近于消失,说明3nm和10nm Pt超薄膜的中程有序结构遭到较大影响,无序度明显增加。在350-800℃温度范围内生长的105nm Pt薄膜,其局域结构近似于Pt金属晶体。     

一种新型荧光XAFS探测器的研究

劳埃(Laue)型荧光X射线吸收精细结构(XAFS)探测器是一种新型的探测器,它具有能量分辨好、计数率高和接收面积较大等优点,对于高光通量场合的痕量元素XAFS实验具有很高的灵敏度,有很好的应用前景。本文介绍了该探测器的原理和结构,将Laue型荧光分析器与PIN型光电二极管组合成荧光XAFS探测器,在北京同步辐射装置(BSRF)的IWIB-XAFS实验站上研究了这种探测器的位置敏感性,并将其应用于浓度400μg/gZnO(混合ZrO2)／蔗糖的Zn的K边XAS测试,在Zn的K边XANES(0—50eV)处,与Lytle探测器相比,显示出好的信噪比和能量分辨率,为该探测器在生命科学、环境科学的应用提供基础。     

红绿彩瓷之釉上彩的XAFS研究

红绿彩瓷是一种低温釉上彩瓷,从结构层次探讨其釉上红彩、绿彩、黄彩的呈色机理一直是古陶瓷研究的空白。采用X射线吸收精细结构(X-rayabsorption fine structure,XAFS)方法,测试分析红绿彩瓷中的红彩、绿彩和黄彩。结果表明,红彩中致色元素Fe主要为+3价,其局域结构与Fe2O3相近,最近邻配位为扭曲的八面体结构。透射电子显微分析证实其物相为氧化铁晶体。黄彩中致色元素Fe主要存在+2价和+3价,绿彩中致色元素Cu主要为+2价,两者均处于无序度较高的局域环境中,最近邻配位为O原子。     

X射线辐照合成金纳米颗粒及其原位表征

X射线辐照合成无机纳米粒子具有简单、清洁、高效等优点,是一种绿色合成方法.X射线技术,如X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)等,特别是同步辐射X射线技术的应用和发展,为人们探索纳米材料的结构信息提供了强大的工具.然而,利用X射线辐照合成金纳米颗粒及利用X射线技术原位探索金纳米颗粒的生长机理的综述...     

Cu纳米团簇发光性能和结构的研究

利用光致发光谱(Photoluminescence,PL)、X射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure,XAFS)和MALDI-TOF质谱等技术研究了化学还原法合成的Cu金属纳米团簇的发光性能及其结构。PL谱表明随着反应溶液中十二硫醇(C12SH)和2-巯基-5-正丙烷基嘧啶(C7H10N2S,2-mercapto-5-n-propylpyrimidine,MPP)配体比例的增加,Cu纳米团簇主发光峰的波长从618 nm逐渐蓝移到571 nm。质谱的结果说明以MPP作为单一配体时的主要产物为Cu5[MPP]3;而当为MPP与C12SH两种混合配体时,Cu纳米团簇中Cu原子数变小,组成变为Cu4[MPP][C12SH];并且随着C12SH比例增加,Cu4[MPP][C12SH]产物的组成保持不变。XAFS结果则进一步表明随着C12SH比例的增加,Cu纳米团簇的Cu-S键长从0.228 nm缩短到0.224 nm,原子构型从双三角锥结构转变为四面体。综合以上结果,认为Cu纳米团簇的原子数的减少导致团簇的光致发光从618nm蓝移至597 nm;而Cu-S键长的缩短引起Cu(I)-S杂化的HOMO-LUMO带隙增大,从而导致团簇的发光波长进一步从597 nm蓝移至571 nm。     

测量XAFS谱的全电子产额技术

在北京同步辐射实验室XAFS实验站上建立了利用全电子产额方法探测XAFS的实验方法。通过测量单色X－射线在样品表面激发出的电子产额随X－射线能量的变化,提取在吸收边附近的XAFS震荡。对不同厚度Cu薄膜的测量表明,在Cu的K吸收边附近可观察到信噪比很好的XAFS震荡。该探测器设计简单,可以直接在大气下工作。全电子产额XAFS方法的建立,有助于导电薄膜和材料的近表面结构研究。     

分子束外延生长ZnO薄膜的XAFS研究

利用同步辐射广延X射线吸收精细结构(EXAFS),研究在不同条件下分子束外延制备的ZnO薄膜,如分别在蓝宝石(0001)、Si(100)衬底上,生长温度为200℃或300℃下得到样品的局域结构。发现这些ZnO薄膜的EXAFS函数(k^2x(k))谱形状相似,说明各个样品都具有较为相近的基本局域结构。对生长温度为200℃的ZnO／Al2O3(0001)和ZnO／Si(100)样品,其Zn-O第一配位峰的无序度仃。分别为0．0054A^2和0．0080A^2,当生长温度从200℃提高到300℃时,ZnO／Al2O3(0001)样品的Zn-O第一配位峰的无序度仃。降为0．0039A^2。结果表明衬底与ZnO的晶格失配度和生长温度对ZnO薄膜的配位数、Zn-O键长影响不大,但较小的晶格失配度和较高的生长温度下得到的ZnO薄膜局域有序性较高;且样品的局域结构越有序,相应的配位峰幅度也越高。     

类金刚石薄膜的同步辐射光电子能谱研究

利用同步辐射光电子能谱全电子产额模式(TEY)对石墨、金刚石薄膜和类金刚石薄膜(DLC)的ClsX射线吸收谱进行了研究。在高真空里表面净化处理后,在类金刚石薄膜的Cls吸收谱中分别观察到对应于金刚石sp^3杂化结构成分和石墨sp^2杂化结构成分的特征峰,说明了类金刚石薄膜是由碳sp^2、sp^3两种杂化结构无序混合形成的非晶碳结构;然后,测量了一系列类金刚石薄膜样品的ClsX射线光电子能谱(XPS),得到了每组样品的sp^2、sp^3成分比。     

机械合金化Fe0.6Ni0.4体系的结构研究

利用XAFS(X射线吸收精细结构)和XRD(X射线衍射)方法研究了机械合金化Fe0．6Ni0.4系统在制备过程中的晶体结构和Fe原子的局域配位环境。结果表明，球磨5h，样品中Fe、Ni原子开始产生合金化，但仍然为bcc和fcc混合的两种物相；球磨10h后，bcc结构Fe的特征配位峰消失，转化为fcc结构，随着球磨时间的增加，配位无序度逐渐增大；球磨40h后，Fe原子的近邻结构又有新的变化，是由多种物态组成的混合物。     

同步辐射掠入射X射线衍射研究α相聚辛基芴薄膜的微结构

将旋涂制备的薄膜在120℃下退火,得到α相的聚辛基芴薄膜,用吸收光谱和荧光光谱进行了验证.用同步辐射一维和二维掠入射X射线衍射对薄膜进行了结构表征,结果表明,虽然聚辛基芴系非线型分子,但在薄膜微晶中分子链段主要以平行于基底的edge-on模式排列.     

用XAFS初探汝瓷釉中Fe的价态

汝瓷是我国宋代著名的青瓷品种,其瓷釉结构分析一直是古陶瓷科技研究中的难点.本工作测试了宝丰清凉寺出土汝瓷釉中Fe元素的X射线吸收精细结构谱(XAFS),在数据分析中采用主因子分析法结合线性叠加拟合法分析了古汝瓷釉中Fe的价态比例,利用色差计分析了样品的主波长,结果表明,瓷釉中Fe2 /Fe3 大,则釉色偏青,反之则偏黄.本工作也表明了x射线吸收精细结构谱非常适合用于古陶瓷无损结构分析.     

原位XAFS表征双金属纳米催化剂PtCo/C在工作状态下的结构变化

用两步还原法制备的Pt Co/C(10 wt%Pt)纳米催化剂具有与商业催化剂Pt/C(20 wt%Pt)接近的催化反应活性,使贵金属Pt的用量减少了50%。利用上海光源BL14W1线站的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)原位X射线吸收精细结构谱(X-ray absorption fine structure,XAFS)实验装置,在以该Pt Co/C作为燃料电池的阴极催化剂,以Pd/C作为阳极催化剂的条件下,原位表征Pt Co/C在工作状态下的结构变化,Pt Co/C的非原位XAFS数据没有观察到Pt-Co合金成分,发现存在显著的Co-O键和Co-O-Co键贡献,且与Pt/C相比,Pt的氧化程度更高且具有更短的Pt-Pt金属键长,说明Pt Co/C中的Co主要以氧化物种形式存在,且Co的存在影响着活性成分Pt的结构。原位XAFS数据表明随着电压的逐渐降低,Pt Co/C中Pt和Co的氧化程度降低,揭示了在催化反应过程中Pt的d电子向过渡金属Co的转移过程。     

SR-XRD和EXAFS研究Mn掺杂ZnO薄膜的微观结构

用射频磁控溅射技术在蓝宝石衬底上制备了一组不同衬底温度的Mn掺杂ZnO薄膜。质子激发X射线荧光(PIXE)测量表明,薄膜中仅有含量为5 at.%的Mn,未见其它磁性杂质元素(如Fe、Co、Ni等)。同步辐射X射线衍射(SR-XRD)表明,这些Mn掺杂ZnO薄膜具有纤锌矿ZnO结构。SR-XRD和扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)分析显示,薄膜中未发现Mn团簇或MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4等二次相,Mn原子是通过替代Zn原子而进入了ZnO晶格。     

ZnO/α-Al_2O_3界面结构的掠入射X射线衍射研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,以α-Al2O3(001)为衬底,在不同衬底温度下制备ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)和同步辐射掠入射x射线衍射(GID)研究了薄膜的结晶性能和薄膜与衬底的界面结构.实验结果表明,在衬底温度较低(450℃)时,ZnO薄膜主要受衬底拉应力的作用,使界面处a方向的晶格常数增大;而在衬底温度较高(750℃)时,ZnO薄膜主要受衬底压应力的作用,使界面处a方向的晶格常数减小;在优化的衬底温度(650℃)下,ZnO薄膜受到的衬底应力较小,结晶性最好.且ZnO薄膜垂直方向的晶格排列要比面内的晶格排列更有序.     

含氧溶液中毒砂氧化溶解的XAFS研究

毒砂的氧化溶解是环境As污染的重要来源之一。本研究对毒砂的氧化反应过程及产物进行了研究。考察了不同参数:pH、溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)对毒砂氧化反应的影响,利用X射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure,XAFS)分析了毒砂氧化过程中As的形态转化。XAFS光谱学数据表明,pH=4时,毒砂发生较强的氧化反应,释放的As(V)被氧化过程中形成的铁氧化物吸附;pH=7时,毒砂氧化释放的As(III)被铁氧化物吸附,表面存在少量的类似雄黄(As S)的物质;而pH=9时,毒砂几乎不发生氧化,表面只存在少量的硫代亚砷。结果表明,pH是影响毒砂氧化的重要因素。中碱性条件下,毒砂氧化反应释放出的Fe快速形成了Fe的氧化物沉淀,包裹在毒砂的表面,阻碍毒砂继续氧化。     

La0.7Ca0.3MnO3薄膜的掠入射X射线衍射研究

利用90°离轴射频磁控溅射方法将Lao.7Ca0.3MnO3(LCMO)沉积于(001)取向的SrTiO3(STO)、MgO和α-Al2O3(ALO)单晶基片上,薄膜厚度均为500 A.通过掠入射X射线衍射技术测量了LCMO薄膜的横向晶格常数(即面内晶格常数),结合常规X射线衍射研究了LCMO薄膜的晶格应变及其弛豫情况.结果表明,LCMO薄膜在MgO和ALO基片上的应变弛豫临界厚度很小,这可能与薄膜-基片之间高的晶格失配率有关.LCMO薄膜的应变弛豫与四方畸变的弛豫可能具有不同的机制.利用掠入射X射线衍射对LCMO薄膜面内生长取向的研究给出了与利用电子显微技术研究相同的结果.     

掠入射X射线散射法研究超光滑镜面粗糙度

在Xiaomin Tong等的理论上发展了一个二维理论模型,建立散射光强分布与超光滑表面功率谱密度(PSD)的关系。在上海同步辐射光源小角散射实验站上,用不同粗糙度的210 mm和320 mm长的超光滑反射镜进行掠入射X射线散射法(GIXRS)实验,测量散射分布并进行处理,计算出两块反射镜的表面均方根粗糙度(RMS)。与白光干涉法测量结果的比对结果表明,根据这种理论进行数据处理得到的RMS值,与白光干涉法的测量结果非常符合。     

荧光EXAFS研究镶嵌在SiO2中的Ge纳米晶的局域结构

用荧光扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)研究了磁控溅射法制备的镶嵌在SiO2中的Ge纳米晶的局域结构.结果表明,在Ge的摩尔分数为25%和60%的初始样品中,Ge原子主要是以非晶GeO2和Ge物相存在,其中在Ge的摩尔分数为25%的样品中,以GeO2物相为主.经1073 K退火后,样品中生成了Ge纳米晶.在Ge的摩尔分数为25%的样品中,Ge纳米晶只是来源于初始样品中的非晶Ge,而在Ge的摩尔分数为60%的样品中Ge纳米晶除了来源于初始样品中的非晶Ge外还来自于部分GeO2.进一步分析表明在Ge的摩尔分数为60%的样品中,有摩尔分数为20%的GeO2与来自衬底的Si发生还原反应生成Ge纳米晶.     

用同步辐射共聚焦X射线方法研究古代彩绘样品的层状结构

同步辐射共聚焦X射线方法是一种元素成分及其化学结构的三维无损分析方法,在地质、考古、环境、生物及材料等领域具有重要的应用。在上海光源的硬X射线微聚焦光束线站(BL15U)建立共聚焦X射线实验方法,并用于故宫彩绘样品的制作工艺及层状结构分析。基于BL15U的K-B聚焦系统,在能散探测器前采用会聚毛细管半透镜实现与K-B聚焦镜焦点的共聚焦状态,深度分辨在8.04 ke V(Cu-Kα)为31.5μm,可以开展共聚焦微束X射线荧光(Micro-X-ray Fluorescence,Micro-XRF)和共聚焦微束X射线吸收精细结构(Micro-X-ray Absorption Fine Structure,Micro-XAFS)实验研究。对故宫斗彩陶瓷和彩绘样品进行了元素及其化学态的深度分布分析,获得了斗彩陶瓷特有的三层釉结构以及彩绘样品内部颜料的化学信息。实验结果表明,该系统具有较高的空间分辨和探测灵敏度,是文物样品三维无损分析的有力工具。     

针铁矿和赤铁矿吸附As(V)的EXAFS研究

砷是一种有毒污染物,其在铁氧化物表面的吸附是影响其迁移转化行为的重要因素。针铁矿和赤铁矿是自然界中广泛存在的稳定氧化铁矿物,它们具有粒径小、比表面积大、活性基团多等特性,可用做吸附剂。在不同pH和不同铁砷摩尔比的实验条件下,用针铁矿和赤铁矿吸附五价砷As(V),结果表明:实验所用的两种吸附剂均呈现吸附量随铁砷摩尔比升高而降低的现象,而在酸性pH条件下的砷吸附量均大于其在碱性pH条件下的吸附量;在相同的实验条件下,针铁矿对砷的吸附量要大于赤铁矿对砷的吸附量。进一步通过扩展X射线吸收精细结构光谱(Extended X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy,EXAFS)观测砷在针铁矿和赤铁矿上吸附后形成的络合物的分子结构,结果显示:砷与针铁矿和赤铁矿中的铁氧八面体之间的配位数均接近1,不同样品中As-Fe键的长度范围为3.29～3.31?,表明As(V)在针铁矿和赤铁矿表面吸附后主要形成单齿单核络合物,且该结构与吸附p H和铁砷摩尔比无关。