同步辐射吸收谱（XAS）可以分为三个部分，边前区（Pre-edge）、近边区（XANES）和扩展边（EXAFS），XANES可以得到吸收原子的电子结构，包括价态，对称性，轨道占据等信息；EXAFS可以得到吸收原子周围配位信息，包括配位原子种类，键长，配位数，无序度等信息，是研究原子配位环境的重要分析手段！同步辐射吸收谱（XAS）根据测试能量可以分为：
（1）同步辐射XANES软线，能量范围50-1500eV，可测B-Mg元素K边，只有近边XANES数据；
（2）同步辐射XANES中能，能量范围1500-4000eV，可测Al-K元素K边，只有近边XANES数据;
（3）同步辐射XAS硬线中低能，能量范围4-20KeV，可测Ca-Nb元素K边，La-Bi元素L边，有近边XANES+扩展边EXAFS数据;
（4）同步辐射XAS硬线高能，能量范围:20KeV以上，可测Mo-Ba元素K边，有近边XANES+扩展边EXAFS数据;
不同元素的吸收边对应的测试能量不同，同一个元素不同的吸收边能量也不同，需要明确元素测试的吸收边。
众所周知，通过同步辐射X射线吸收XAS表征技术可用获得及其丰富的材料电子结构和配位结构信息，可以发现在许多顶刊发表的研究中XAS都起到了至关重要的作用。近年来，XAS在国内外各大小课题组研究过程中有着越来越普及的趋势，尤其是越来越多此前在XAS表征方面没有太多经验的新用户也逐渐通过多种渠道借力该技术进行深入的表征，提升研究档次。
如同其他多种表征一样，同样的数据在不同人的手里可以得到不同层次的结果，经验越丰富的人越有可能获得更多的信息。然而经验的获得可能并非可以一蹴而就的，尤其是对于像XAS这样相对比较复杂的技术而言。我们团队，在XAS数据解析方面与国内外多个研究团队都有着紧密合作，积累了丰富的解析经验，并且在过去的几年中帮助复旦大学、中山大学、天津大学、吉林大学、厦门大学、兰州大学、大连化学物理研究所、福建物构所等等多个研究单位解析过许多重要数据，帮助他们得到了获得了重要研究成果。
借助我们的优势，我们有信心可以帮助更多的研究团队在XAS数据解析方面获得更丰富的信息，提升研究结果。以下，我们对XAS数据解析做一些基本介绍。
一、XAS数据解析功能介绍
如图1所示，XAS原始数据可以分为近边XANES和扩展边EXAFS两部分。近边对电子结构、价态、组分等比较敏感，而扩展边通过数据处理和拟合可以获得丰富的结构信息。
图1 XAS原始数据示例
1. 扩展边X射线吸收精细结构谱（EXAFS分析）
通过EXAFS分析可以得到丰富的结构信息，也是最常见的一种数据解析内容。如图1所示，EXAFS形象理解的话可以看做是中心元素内层电子吸收X射线跃迁到外层形成光电子，光电子以波的形式发射出去并受到周围原子的散射，散射波与发射波产生干涉就得到了图1中所示的震荡波谱。EXAFS的数据处理需要将上述能量空间的震荡转换为波长k空间的震荡（图2）。而k空间的数据可以进一步通过傅里叶变换得到R空间的数据。至此我们才可以大概获得有关结构信息的“直观”数据。此外，通过R空间的逆傅里叶变换可以得到q空间数据。
图2 R空间与k空间
1）R空间中某个峰的可以对应距离中心元素多远存在一种或者多种配位元素，但是直接傅里叶变换得到的R空间中峰的位置并非真实键长，一般比实际键长短~0.5 Å，真实的键长应以拟合结果为准，在作图中可以直接作图无需矫正。
2）R空间中并非所有的峰都有意义，比如小于1 Å的，对于常见的金属而已很难有如此近的配位元素存在。另外，对于比较弱的峰更加需要小心区分，可能是信噪比较差引起的，也可能是伴随某元素主峰出现的弱峰。
3）R空间中，同一位置峰的高度与配位数的大小效果，可以利用这个特性粗略判断不同样品中配位数的高低。但是随着距离增加其高度会有指数级降低，尤其是对于结构比较无序的样品，其峰也会更弱。
4）通过EXAFS拟合可以得到最基本的配位元素、键长、配位数等配位结构信息。如表1所示，通过EXAFS拟合可以得到配位元素Path，对应配位数Coordination Number，键长R，以及可以帮助判断拟合质量的无序度σ2(Debye Wallerfactor)，△E0和R factor。拟合参数的设置与预期结构和分析目的密切相关，也直接影响拟合质量。一般而言配位数的误差可以有10%甚至20%，这个参数也是EXAFS拟合中最为不准确的一项。键长的误差一般小于0.02 Å，σ2 < 0.01, |△E0|<10 eV, R factor < 0.02. 满足以上要求则可以认为基本符合要求，但对于实际体系尤其是数据质量并不高的体系，略微偏离这些指标在一定程度上也是可以接受的。
表1. EXAFS拟合结果示例
图3 R空间与k空间拟合结果
5）和许多数据处理过程一样，EXAFS拟合也必须要首先对标样进行拟合后才能进一步拟合其他未知样品，尤其是配位数的大小，只能通过定标之后才能得到有意义的结果。由于仪器状态等问题，标样的采集须尽量与样品同时或者同批次采集，否则结果可能不准确。
6）单纯从一个数据来讲，可以存在无限种拟合方式，因此需要对样品的结构有大概了解。如表1所示，同一样品按照1a/1b两种不同方式进行拟合（除Cu-Cl配位外是否含有Cu-N配位），在一定程度上都可以得到满足拟合要求的拟合结果，但是通过比较可以发现1a情况拟合质量更好。通过比较不同可能性的拟合结果也可以帮助验证预期的不同结构模型哪种更准确。
7）对于同一个数据，在满足合理性的基础上，引入越多的配位元素可能得到的拟合质量越高，但是实际上对于一定能量范围和信噪比的数据其能够拟合的参数上限是固定的。在对于样品组分和结构不确定的情况下，引入过多的配位元素的话会在一定程度上牺牲拟合的可信度。但是在结构或者组分已知的情况下，可以通过EXAFS拟合得到多种多样的结构信息。
8）EXAFS拟合所得的数值都是平均结果，比如Cu纳米颗粒，其中既有金属Cu也有Cu2O物种，虽然对于纯的Cu2O而言其Cu-O配位数为2，但是实际上所得的结果可能小于1.因为拟合可以看做是样品中存在的所有Cu-O键的数量除以所有Cu的原子数。同理对于金属Cu而言其Cu-Cu理想配位数为12，但是即使是还原态的Cu纳米颗粒其配位数可以仅有9甚至更低。纳米颗粒尺寸较小时其表面原子以及边角位原子占比较高，而这些Cu的配位数远低于12，所以导致配位数较低。当然，特定情况下可以通过这些数据反推样品的成分组成和结构组成(如合金还是核壳等)。
9）除拟合得到的各个参数外，通过EXAFS拟合得到的k空间和R空间的拟合谱也拟合质量的判标。对于R空间，可以清楚地分析各个峰对应于哪种配位元素。
2. 小波分析EXAFS Wavelet Transform
如上所述，EXAFS的拟合非常依赖对于样品成分和结构的了解，在此情况下可以大概推测R空间中的峰对应于某种配位元素，然后进一步对各参数进行拟合。但是实际上，对于未知样品我们很难确定其配位元素有哪些，尤其是对于R空间中键长比较接近的峰。因此，EXAFS的拟合很多情况下都需要结合EXAFS小波分析，才能有效地进行数据分析，得到更加可信的结果。
在R空间中只能看到哪些位置有峰以及峰的高低，却无法知道某个峰可能对应何种配位元素。但是我们在图3的k空间中可以看到，不同的配位元素有着不同的k空间震荡模式。对于比较轻的元素，其k空间的最强震荡出现在较低的波数，如上图中的N在~4 A-1; 而较重的元素其k空间的最强震荡出现在较高的波数位置，如图3中的Cl在~5 A-1，更重的金属元素则可能出现在8-12 A-1等等。与傅里叶变换得到的R空间中的二维信息不同，小波分析可以将R空间与k空间结合得到的是三维信息。
图4 小波分析示例
如图4所示，Fe-MOF的EXAFS傅里叶转换(左)和小波分析结果(右)，其中R空间中的ABC三个峰分别对应于小波分析中的ABC三个位置。其中A：R~1.5 A, k~4 A-1; B R~3.0 A, k~4 A-1; C: R~2.1 A, k~8A-1。可以判断A和B的配位元素相近，结合材料信息可以认为A和B分别为配体中紧邻和次近邻的C和O元素，而C则对应于较重的元素，结合材料信息可以判断为Fe即，该材料中形成了超小的金属Fe簇合物。值得一提的是，该结果远非客户所预料的结果，在给出这个分析结果之前他们本以为仅是峰A，即O配位数的相对较低导致该催化剂在相关反应中具有较高的催化活性，而Fe仍以单分散形式存在。如果没有不经过小波分析也可以按照该客户推测进行拟合得到相对合理的结果，但是就错过了这个重大发现。
3. 价态分析/XANES近边分析
对于许多XAS数据，其扩展边可能数据质量较差，使得拟合的可信度有时候值得商榷。而XANES一般有足够高的信号质量，并且具有许多指纹信息，可以给出更加丰富的信息。其中最简单也最常见的要数价态分析。如图5所示，不同价态的MoOx标样的K-edge吸收边的位置不同，价态越高其吸收边越往高能量方向移动，而且其吸收边的位置与价态具有较好的线性相关性质。对于某未知样品，只需将对应吸收边的位置代入由标准样得到的相关关系中便可以得知未知样品中对应元素的平均价态。除吸收边位置外，还可以通过吸收边高度(白边)或者对应区间的面积进行归一化处理。一般而言，K边吸收对于吸收边未知更为敏感，而边吸收谱则对白边高度或者吸收面积相关性更高。
理想的价态分析需要尽量多的标样，并且未知样品的配位元素应尽量与标准样品相近。即便相同的价态但不同配位结构的样品，其近边吸收谱也可能会有较大的差异。不同的未知样品之间进行比较时也需小心对待。如下图所示同样的Ti4+不同的配位模式表现出迥异的XANES，尤其是边前吸收具有巨大的差异。幸运的是，这些边前吸收恰好可以提供丰富的指纹信息，有助于进一步结构分析。
图5 XANES分析示例
4. 组分分析Liner Combination Fitting
组分分析，顾名思义就是分析混合样品中各组分的占比，也是基于XANES的分析方法，常见于原位XAS实验数据处理，当然也适用于其他混合样品的组分分析。前述的价态分析常常得到非整数价态，有时候可以认为是由结构相近的但是价态不同的两种组分混合构成的，在此基础上可以经组分分析确定不同组分的占比。组分分析的前提是对于含有的物质种类有相对清楚的认识。
图6 组分分析示例
二、XAS数据解析注意事项
在我们过往的合作过程中我们发现，一些科研人员对于XAS缺乏足够的了解，有的只是拿到了原始数据，便希望可以得到“所有”想得到的信息，但是实际上实际得到信息和他们理想中的要求可能相差甚远。基于此，为确保充分挖掘数据资源，我们需要您提供以下信息：
1. 原始数据，信噪比要好，否则无法进行有效拟合。
2. 想要得到的信息，如价态、配位结构等。具体能够实现的功能，以及具体要求详见第二部分。
3. 对应2的预期结果。数据处理如果没有一定的目标的话会得到许多无用的结果，高效的数据分析一定是建立在对于样品充分的了解和有一定的猜测基础之上的。
4. 对应样品的合成、处理过程相关信息或者其他表征结果等。有时候数据分析的结果不一定复合客户预期结果，这时候可以如果有其他信息的话可以有效地帮助判断和进一步数据处理。
粉末样品均质无明显大颗粒，如有颗粒或结块，请研磨均匀，以免影响测试效果，粒径300目左右即可，需要50 -100mg左右，待测元素含量高于10 wt%可以20-30 mg左右。
块体/片状：尺寸1*1 cm，需要具体评估合适厚度；不测液体样品。
粉末样品压片制样，一般用LiF作为粘结剂，故样品不可回收。
近边XANES原始数据：
扩展边EXAFS K空间原始数据：
扩展边EXAFS R空间原始数据：
硬线测试，荧光模式和透射模式怎么选？
答：（1）对于粉末样品，一般待测金属含量大于1wt%，其余组成为质量较轻元素（相对吸收小），如碳材料、氧化硅、氧化铝上负载的单原子，氧化物，硫化物等样品，在透射模式下可以得到合格谱图，此类样品最好是选择透射模式测试。
（2）需要选择荧光模式的样品有以下几种情况：① 组成简单，但是待测金属含量低于1wt%，特别是贵金属类较重的金属元素，含量越低，所需样品量就越多，压片制样后样品就会越厚，太厚的样品用透射模式的话会导致信号较弱，谱图不合格，此时选择荧光模式比较合适。 ② 类似上一种，组成简单，待测金属含量也大于1wt%，但是由于样品合成难度高产量低，样品量严重不足，比如含量1wt%的Fe-N-C单原子材料，只有10mg，那也只能用荧光模式。 ③ 组成复杂，除了待测金属外，还有其他金属元素，甚至含量比待测金属还高很多，比如NiO上负载的单原子Pt，这类样品压片制样所用样品量少了Pt信号太差，样品多了金属Ni吸收屏蔽的信号又太多，会影响Pt的信号，只能选择荧光模式。 ④ 组成极其复杂，含量又很低的多buff类样品，如金属掺杂的LDH，土壤样品，含量很低的双金属单原子催化剂等。 ⑤ 块体或者薄膜材料，这类样品本身太厚就会导致后电离室信号太弱，只能用荧光模式，其中泡沫镍类材料可以用透射，可能是因为其多孔结构，光能穿透过去，但是前提也是泡沫镍上负载的材料含量较高（10wt%以上），如果是泡沫镍上负载的单原子材料，就类似于情况3），需要选择荧光模式。
关于标样数据，是否所有标样数据都需要和样品同批次测试？
答：（1）foil是每次都会提供也是必须提供的数据（除了一些元素没有foil标样，会用能量相近的其他元素的foil代替）。foil的作用类似于XPS的C校正，因为不同时间测试，可能因为光和仪器状态不同，吸收能量值有偏差。每次测试都需要测标准的foil的吸收边值，来校正样品的能量。这也就表明，每次测试的数据只能通过那批次的foil的能量校正后，才算准确。
（2）对于氧化物类的标样也是一样的道理。理论上来说，不同批次的氧化物标样数据用它那批次的foil校正能量后，应该是一样的。但是由于仪器原因、人为误差和某些元素飘忽不定的导数最大值（校正用的值），较边后的标样数据只能是大差不差的用来比对。
（3）如果只需要得出诸如待测元素价态在2~3之间之类的结论，用我们较边后的非同批次氧化物类标样数据是没有问题的。但是如果是像O缺位Fe2O3，负载单原子或者纳米颗粒的MoS2之类的材料，它的待测元素Fe或者Mo的价态变化是十分微弱的，这时候可能就需要和样品同批次测上氧化物类标样，以比对微弱的价态或者配位键长变化，用非同批次氧化物类标样直接比对可误差可能较大。
（4）综上所述，探讨微弱变化的，可能需要和样品同批次测试标样来做分析会更准确；只是定性对比或者对数据分析要求不是特别严格的，不需要和样品同批次测试。
测试结果曲线毛刺、跳边不明显、信噪比差可能是什么原因？
答：数据质量一般，是由于元素含量较低，或其他元素组分干扰造成的，又或者是样品本身内部结构复杂引起的。
一般测吸收谱，金属负载量的检测下限大概是多少？0.5wt%能不能测出来？
答：一般没有具体的检测限，在我们的经验中，含量低于0.5 wt%以下，测试风险就比较大，具体也要看样品的组成，一般碳材料载体、负载单一金属单原子样品比较好测，0.2~0.5 wt%之间的，也可以测出来，信号可能没那么好，如果是金属氧化物载体的，0.5 wt%以下就比较难测了，能不能测出来，不好确定，只能测了才知道，具体还得看样品本身情况，含量低的测试的不确定性会比较大。
通过硬线测金属的K边和软线测L边得到的信息有什么区别？
答：硬线K边是可以得到扩展边，有扩展边才能分析配位这些信息，软线的话只能得到近边数据，近边只能判断价态，没法分析出来配位信息，另外，硬线还是软线看的是能量，不是看的测哪个边，因为有些元素测L边也是硬线的，比如Pt就是测的L边。
通过近边数据比较价态，怎么看？
答：对于过渡金属，K边看横坐标左右位置，能量越高价态越高；L边看纵坐标峰值高低，峰强度越高价态越高。
同步辐射XAS测试包含数据分析吗？
答：同步辐射测试提供的是原始数据，如需要数据分析服务，可以提前告知分析需求，米测平台提供测试+分析的一站式服务，需另外收取数据分析服务费。
同步辐射XAS吸收谱证明单原子，大家经常存在的误区
答：在单原子样品的表征中，经常会出现这样的情况，明明球差电镜拍摄出单原子的图像，但是XAS测试分析却不是单原子信号，这二者之间结论存在一定矛盾，这是为什么呢？
很多同学遇到这种情况，第一反应就是怀疑样品测试中出现问题导致，其实不然，要理解这个矛盾，首先我们需要搞清楚这二者表征的区别。
(1)球差电镜：是选区拍摄的结果，观测到的是部分区域，不能反映样品的整体情况，并且球差得到的结果本身也带有个人的预期在里面。
(2)同步辐射：是体相的表征，它反映的是样品整体的平均化结果。 首先我们需要了解一下什么是平均化结果，在给出的XAFS拟合结果中，配位数=形成的总的配位键数/总的中心原子数，等于测试结果中得到的总的配位数会平均的分配给统计到的每一个原子。因此，它反映的是样品整体的平均化结果。这就导致某些情况下同步辐射XAFS的结果会与球差电镜的结果存在着不对应。 此外，我们还要知道XAFS如何证明是单原子：理论上金属组分都以单原子分散的形式存在，则不存在同原子的金属-金属配位键，即当金属元素只存在非金属配位时，才能证明为单原子。
如果理解以上的原理，就容易理解单原子样品通过XAS表征会存在哪些情况了。 第一种情况：如果样品几乎只以单原子形式存在。 XAS测试结果分析会只存在非金属配位，这时是可以说明样品是单原子，如果另外加上球差结果可以进一步作为强有力的支撑。 第二种情况：如果样品是单原子+颗粒+团簇多组分共存的情况，这时仅凭XAS是无法证明样品是单原子的，因为XAS体现的是平均化结果，各组分占比不同，会导致XAS出现不同信号结果，XAS有可能是非金属配位和金属单质配位共存，也有可能是金属单质配位占主导，这时就必须结合球差结果进行组分的归属分析。 第三种情况：这种情况比较特殊，就是当样品主体可能存在明显的氧化组分时，XAS分析也会显示出较强的氧化的非金属配位，但是这时XAS是不具有较强单原子证明性的，因为XAS是区分不了非金属配位的种类（-C/N/O），这时也必须结合球差电镜进一步证明单原子的存在才可以。
所以并不是说球差拍摄是单原子，但是XAS分析不是明显单原子信号，XAS数据就一定是有问题的，这个需要根据自己的样品，结合球差+XAS结果，具体情况具体分析。
