成果速遞丨實驗室臺式XAFS譜儀用于分析多組分固體氧化物成分

　　CeO₂-Nb₂O₅復合氧化物，作為一種復合稀土氧化物陶瓷材料，常被應用于固體氧化物燃料電池、氧氣傳感器及異相催化等眾多領域。之前不少的研究數據表明在高溫固相法合成該復合稀土氧化物時，會部分形成Ce₃NbO_7+δ化合物。然而在大氣氛圍下的高溫固相法合成這種帶有部分還原的Ce氧化物是不太合理的。為了更加合理的驗證CeO₂-Nb₂O₅復合氧化物在高溫固相法合成條件下得到的產物信息，研究人員綜合利用了粉末X射線衍射（XRD）和實驗室的X射線吸收譜（XAFS）等數據進行驗證，并證實了之前研究中的一些錯誤觀點，證明了Ce₃NbO_7+δ化合物并不存在。相關研究成果發表于Journal of Rare Earths, 2021, 39: 596-599.

圖1. (a) 合成樣品，CeO₂及CeNbO₄的XRD譜圖及精修結果；(b) 樣品，CeO₂及CeNbO₄的XANES Ce L₃edge譜及線性組合擬合譜

　　研究人員將化學計量比的CeO₂和Nb₂O₅作為原料，利用基于大氣氛圍的高溫固相法進行合成，得到產物。如圖1所示，圖a為產物及兩種標準樣的XRD圖譜。圖中數據和前人研究數據相吻合。經過XRD精修后，得到該產物主要含有54.8% wt%的CeO₂和45.2 wt%的CeNbO₄，對應的物質的量比為2.09:1。隨后，該研究人員借助實驗室臺式XAFS譜儀測試了實驗樣品，CeO₂、CePO₄和Ce₃NbO_7+δ三種樣品的Ce L₃邊XANES圖譜，如圖1b所示。CePO₄的Ce L₃XANES展現了很強的白線峰特性，其吸收邊位置在5725.8 eV。與之不同的是，CeO₂主要包含三個低強度的峰，且吸收邊位置在5726.7 eV。而合成產物的吸收邊位置在5725.8 eV，介于Ce⁴⁺和Ce³⁺，說明樣品中同時存在三價和四價的Ce離子。在通過線性擬合分析，以CeO₂和CePO₄的XANES譜圖為基準，對樣品的XANES譜圖進行擬合，zui終得到非常理想的擬合結果?？梢钥闯?，根據線性擬合的結果，可以很好的重現樣品的數據：0.65 CeO₂和0.35的CePO₄。這與之前XRD精修結果得到的四價和三價的Ce離子比例2:1較為吻合。綜合精修XRD和XANES譜圖，可以判定該樣品的主要組成成分為CeO₂和CeNbO₄，而不會生成新的物質，諸如Ce₃NbO_7+δ等化合物。

　　文章中，研究人員使用了美國easyXAFS公司的桌面式X射線吸收譜easyXAFS100+實現了對該樣品的Ce L₃edge的XANES測試，同時結合Athena軟件里面的線性組合擬合這一功能，實現了樣品中主要成分的鑒定，得到了Ce⁴⁺和Ce³⁺的相對含量。該項研究為該領域中分析多組分的固體氧化物鑒定提供了重要的借鑒和指導意義。

圖2. easyXAFS公司的臺式XAFS/XES譜儀

　　實驗室臺式XAFS譜儀優勢：

　　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，控制樣品條件，適用于對空氣敏感的樣品的檢測或一些原位測試，如原位的鋰電池或電催化實驗測試，監測電/催化材料的結構變化；

　　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完全一致；

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] S. K. Sun, L. M. Mottram, N. C. Hyatt. On the existence of the compound “Ce₃NbO_7+δ” prepared under air[J]. Journal of Rare Earths, 2021, 39: 596-599.

　　相關產品：

　　臺式X射線吸收精細結構譜儀（XAFS/XES）