近期，測試人員使用國創(chuàng)科學(xué)儀器（蘇州）有限公司的臺(tái)式X射線吸收譜儀 SuperXAFS H3000，對五元新型高熵催化劑 FeCoNiCrPt（Al?O? 負(fù)載）開展了X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS）測試。樣品中 Ni、Co、Fe、Cr、Pt 的含量均低于 6%，但所得譜線依然具有良好的信噪比與分辨率，能夠辨識(shí)價(jià)態(tài)與局域配位特征，顯示臺(tái)式設(shè)備在復(fù)雜多元體系中同樣勝任精細(xì)結(jié)構(gòu)解析的需求。

高熵催化劑的獨(dú)特之處在于“多主元協(xié)同"：多種過渡金屬共同進(jìn)入同一顆粒或同一活性相，憑借構(gòu)型雜化與價(jià)電子調(diào)控形成“雞尾酒效應(yīng)"。這類材料往往晶格輕度畸變、短程有序顯著、元素間電荷轉(zhuǎn)移與應(yīng)力場交織，傳統(tǒng)衍射更擅長看到“長程平均"，而難以捕捉這些決定催化活性的局域差異。XAFS的優(yōu)勢恰在于元素選擇性與局域結(jié)構(gòu)靈敏度：分別在 Fe/Co/Ni/Cr 的 K 邊與 Pt 的 L 邊逐一“對號(hào)入座"，讀取每種元素周圍最近鄰的鍵長、配位數(shù)與無序度，從而判斷它們是以金屬—金屬合金鍵結(jié)合、以金屬—氧配位錨定于載體，還是在還原/氧化環(huán)境下發(fā)生相變與重構(gòu)。

以 FeCoNiCrPt/Al?O? 為例，三維過渡金屬與貴金屬共存，既可能形成高熵合金樣的 M–M 配位，也可能與氧發(fā)生 M–O 錨定或殼層氧化。多邊緣聯(lián)用的臺(tái)式 XAFS 能在同一批樣品上獲得彼此呼應(yīng)的信息：若 Fe/Co/Ni 的第一殼層以 M–M 為主而 Cr 與 Pt 同時(shí)顯示明顯的 M–O 成分，則提示“合金核—氧化殼"或“部分金屬在載體上單原子/超小團(tuán)簇錨定"的結(jié)構(gòu)；若所有元素的第一殼層均出現(xiàn)縮短或拉長的鍵長與增大的均方位移，則反映出高熵引入的格點(diǎn)畸變與應(yīng)力調(diào)制。進(jìn)一步結(jié)合還原/氧化前后的譜線對比，可以跟蹤反應(yīng)條件觸發(fā)的價(jià)態(tài)漂移與重排，回答“誰是穩(wěn)定的活性位、誰在工況下參與可逆重構(gòu)"。

這種能力對研發(fā)具有直接意義。首先，它為高熵催化劑的成分篩選提供結(jié)構(gòu)指紋：在不依賴同步輻射的前提下，快速篩出“既能保持高度分散又具協(xié)同作用"的配比與處理路線。其次，它支撐催化機(jī)理與耐久性的驗(yàn)證：在氫能轉(zhuǎn)換、CO?加氫、選擇氧化/脫氫、尾氣凈化等場景中，XAFS可在接近工況的氣氛與溫度下監(jiān)測鍵長、配位與價(jià)態(tài)隨時(shí)間的演變，識(shí)別中毒、燒結(jié)與相變的早期征兆，并據(jù)此設(shè)計(jì)抗中毒、抗燒結(jié)的穩(wěn)態(tài)構(gòu)型。再次，它為質(zhì)量控制與中試放大提供“結(jié)構(gòu)在線檢測"的思路：同一儀器上完成多元素的順序測量，能將工藝批間差異直接映射到局域結(jié)構(gòu)差異，從而實(shí)現(xiàn)可追溯的結(jié)構(gòu)—性能關(guān)聯(lián)。

臺(tái)式 XAFS 的價(jià)值還在于將“高門檻的關(guān)鍵表征"前移到研發(fā)一線。SuperXAFS H3000 在多元素能區(qū)的覆蓋、樣品形態(tài)的兼容性以及數(shù)據(jù)穩(wěn)定性方面的綜合表現(xiàn)，使研究者可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成從配方—處理—表征—反饋的快速閉環(huán)，降低對大型裝置機(jī)時(shí)的依賴，大幅提升迭代效率。本次對含量低于 6% 的 Fe、Co、Ni、Cr、Pt 的聯(lián)測實(shí)踐表明，臺(tái)式設(shè)備不僅能把高熵催化劑的復(fù)雜局域景觀“看清楚"，也能把材料在真實(shí)環(huán)境中的動(dòng)態(tài)變化“盯住"，為高熵催化從概念走向工程應(yīng)用提供可靠而高效的結(jié)構(gòu)支撐。

圖一 Fe K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖二 Co K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖三 Ni K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖四 Cr K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖五 Pt K邊XANES和EXAFS圖譜。