Zn-NO2-電池被認為是一項一石三鳥的技術路線，它可以在低碳排放的條件下同時實現NH3的制備與電能的供給。然而NO2-的電化學還原反應面臨著NH3產率及法拉第效率低下的問題，限制著其實際應用。MXene負載Cu合金具有高度暴露的活性位點，良好的導電性及機械性能，被認為是極具潛力的NO2-的電化學還原催化劑。然而，MXene材料的制備及其與金屬的結合工藝十分復雜，且涉及HF等含F有毒試劑。
為解決這一問題，河北工業大學和天津大學的研究人員合作提出一種“雙金屬混合熔融鹽刻蝕”策略，可同時實現MXene的制備與CuNi合金的負載，避免了含F有毒試劑的使用及合金納米顆粒的聚集。所得的Cu3Ni/MXene催化劑達到10.22 mg h?1mg-1cat的NH3產率及95.6%的法拉第效率，組裝成Zn-NO2-電池可獲得8.34 mW cm-2的能量密度。作者使用臺式X射線吸收譜儀系統easyXAFS300解析了催化劑的精細結構，并結合其他表征及理論計算研究了催化反應路徑和機理，成果以“Molten salts etching strategy construct alloy/MXene heterostructures for efficient ammonia synthesis and energy supply via Zn-nitrite battery”為題發表于Applied Catalysis B.。
本文中催化劑精細結構表征使用的是美國easyXAFS公司研發的臺式X射線吸收譜儀系統easyXAFS300。該設備無需同步輻射光源，可以在在常規實驗室環境中實現X射線吸精細結構譜XAFS和X射線發射譜XES的雙通道測試，獲得媲美同步輻射光源的優質譜圖，用于分析材料的元素價態、化學鍵、配位結構等全方位信息，廣泛應用于電池能源、催化、地質、環境、陶瓷、電磁波材料、核化學等研究領域。該設備已幫助國內外用戶取得大量優秀的科研成果，發表于J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Nat. Commun.等期刊。
圖1. 美國臺式X射線吸收譜儀系統easyXAFS300
為了進一步研究Cu3Ni/MXene中Cu3Ni合金NPs的電子結構和原子配位環境，作者利用美國easyXAFS公司研發的臺式X射線吸收譜儀系統easyXAFS300測試了了X射線吸收近邊結構（XANES）和擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）光譜。 Cu K-edge和Ni K-edge的XANES光譜表明，Cu3Ni/MXene的近邊吸收能位于Cu箔和Ni箔附近，表明了Cu和Ni的本征價態（圖2a-b）。Cu3Ni/MXene 的 Cu K-edge 和 Ni K-edge 能量與金屬參考相比顯示出輕微的變化，這表明了電子轉移和強 Cu-Ni 耦合。 Cu3Ni/MXene中Cu K邊的傅里葉變換EXAFS（FT-EXAFS）譜在2.2 ?處有一個強峰，與銅箔的Cu-Cu特征峰一致（圖2c-d）。 同樣，Ni K-edge 的 FT-EXAFS 譜中的強峰與 Ni 箔的 Ni-Ni 特征峰一致（圖 2e-f）。 值得注意的是，與銅箔中的 Cu-Cu 特征峰相比，Cu3Ni/MXene 中的 Cu-Cu/Cu-Ni 特征峰顯示出稍小的鍵長，這歸因于結構中 Cu 和 Ni 的協同效應。 Cu3Ni/MXene 的 Cu-K 邊小波變換（WT-EXAFS）顯示出最大強度約為 7.5 ?-1的輪廓峰，接近銅箔中 Cu-Cu 的輪廓峰（圖 2g）。 Cu3Ni/MXene 的 Ni-K邊 WT-EXAFS 顯示出與鎳箔的 Ni-Ni 類似的輪廓峰（圖 2h）。 這些結果證明了Cu3Ni/MXene結構中存在Cu-Cu/Cu-Ni和Ni-Ni/Ni-Cu配位。 作者通過EXAFS擬合結果進一步確定了Cu和Ni的鍵合條件和配位環境，以銅箔和鎳箔為參考，Cu3Ni/MXene的Cu和Ni EXAFS擬合曲線與Cu3Ni合金在R和K空間中的結構高度一致，證明了Cu3-Ni配位結構。 此外，Cu3Ni/MXene的EXAFS配位信息顯示Cu和Ni的配位數（CN）之比約為3（7.2：2.3），這支持了EXAFS擬合結果。
圖2. （a）Cu-K邊與（b）Ni-K邊的XANES譜圖。（c）Cu箔，（d）Cu3Ni/MXene的Cu-K邊，（e）Ni箔，（f）Cu3Ni/MXene的Ni-K邊的EXAFS擬合結果在R空間的譜圖。（g）Cu箔與Cu3Ni/MXene的Cu-K邊以及（h）Ni箔與Cu3Ni/MXene的Ni-K邊的小波變換圖
1、臺式X射線吸收精細結構譜儀-XAFS/XEShttp://www.dongsenyule.com/product/2019061828.shtml
