طیف‌سنجی جذبی پرتو ایکس (XAS)،با وضوح سطح اتمی خود، نقش ضروری در تحقیقات باتری‌های لیتیوم-یون، پیل‌های سوختی و مواد فوتوکاتالیستی ایفا می‌کند، که به طور خاص در جنبه‌های زیر آشکار می‌شود:

باتری‌های لیتیوم-یون: تحلیل رفتار دینامیکی و مکانیسم‌های اکسایش-کاهش مواد الکترود

XAS، از طریق تجزیه و تحلیل هم‌افزایی ساختار نزدیک لبه جذب اشعه ایکس (XANES) و ساختار ریز جذب اشعه ایکس توسعه‌یافته (EXAFS)، امکان ردیابی بلادرنگ تکامل حالت ظرفیت و تغییرات ساختاری موضعی در مواد الکترود را در طول فرآیندهای شارژ و دشارژ فراهم می‌کند. به عنوان مثال، در مواد کاتدی مبتنی بر منگنز غنی از لیتیوم، XANES نشان می‌دهد که یون‌های Ni به نزدیک Ni اکسید می‌شوند.⁴⁺وقتی تا ۴.۳ ولت شارژ می‌شوند، به دنبال آن کاهش جزئی در حالت ظرفیت در ۴.۸ ولت رخ می‌دهد و به تدریج در طول دشارژ به حالت اولیه خود کاهش می‌یابند که نشان‌دهنده رفتار اکسایش-کاهش بسیار برگشت‌پذیر است. EXAFS با تجزیه و تحلیل تغییرات در طول پیوندهای Ni-O، تأیید می‌کند که تشکیل جای خالی‌های کئوردیناسیونی اکسیژن بر فرآیند جبران بار غالب است. علاوه بر این، XAS همراه با فناوری RIXS می‌تواند مسیرهای اکسایش-کاهش اکسیژن شبکه را بیشتر روشن کند و مبانی نظری را برای طراحی مواد کاتدی با چگالی انرژی بالا فراهم کند.

پیل‌های سوختی: آشکارسازی جایگاه‌های فعال کاتالیزور و مکانیسم‌های پایداری

XAS یک ابزار اصلی برای مطالعه ویژگی‌های دینامیکی کاتالیزورهای پیل سوختی است. به عنوان مثال، در کاتالیزورهای نانوذرات مبتنی بر پلاتین، XANES، با تجزیه و تحلیل موقعیت لبه جذب Pt L₃لبه، برهمکنش‌های قوی بین Pt و Zn/Co را نشان می‌دهد، با انتقال الکترون از Pt به Zn و Co، که مکانیسم الکترونیکی پشت فعالیت کاتالیزور افزایش یافته را توضیح می‌دهد. EXAFS، از طریق تجزیه و تحلیل طول پیوندهای کوئوردیناسیونی Pt-Zn و Pt-Co، تأیید می‌کند که ساختار چسب اتمی "Pt-Zn-N"، ذرات PtCo را از طریق پیوندهای شیمیایی تثبیت می‌کند و از تجمع در دمای بالا جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، XAS می‌تواند برای بررسی پایداری ساختاری کاتالیزورها پس از عملیات اسیدی استفاده شود و پارامترهای کلیدی را برای بهینه‌سازی طراحی کاتالیزور ارائه دهد.

مواد فوتوکاتالیستی: توضیح مسیرهای انتقال بار و واکنش

با تجزیه و تحلیل ساختار الکترونیکی و محیط هماهنگی مکان‌های فلزی، XAS می‌تواند مکانیسم‌های میکروسکوپی جداسازی و انتقال بار در مواد فوتوکاتالیستی را آشکار کند. به عنوان مثال، در مطالعات کاتالیزورهای کبالت تک اتمی (Co-SAs/NC)، XAS همراه با طیف‌سنجی رامان، نقش Co-N را روشن می‌کند.₄ساختارهای کئوردیناسیونی در ارتقای تبدیل گونه‌های گوگرد، که نشان می‌دهد چگونه تکامل پویای پیوندهای Co-S مانع از رفت و آمد پلی‌سولفید می‌شود. علاوه بر این، XAS می‌تواند برای مطالعه تغییرات حالت ظرفیت در فوتوکاتالیست‌ها در طول واکنش‌ها به کار رود و بینش‌هایی در سطح مولکولی برای بهینه‌سازی عملکرد فوتوکاتالیستی ارائه دهد.