前沿应用 | XAFS在单原子催化领域的洞察

单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）因其独特的原子分散特性、接近100%的原子利用率和优异的催化性能，且与传统的纳米颗粒催化剂相比，SACs将活性金属以孤立的单原子形式锚定在载体上，每个金属原子都是一个独立的活性中心，这种结构为实现贵金属减量化和催化性能的精准调控提供了全新路径。

但由于常规表征方法的局限，其活性位的明确及原子电子结构的探测一直是个难题：

图1. Fe原子的EXAFS表征与分析

图2. Pt原子的XAFS表征与分析

⑵ XAFS表征超低负载单原子的局域结构

合肥工业大学张传玲和郑亚荣团队在探索AEMWE中，对低负载铂的析氢反应进行深度研究，利用X射线吸收谱技术表征铂在Pt₁Ru₁₉/C体系中的氧化态介于Pt与Pt⁴⁺之间；同时通过FT-EXAFS研究了铂的局域环境，存在Pt-Ru与Pt-O，但并未发现Pt-Pt，说明原子分散的Pt与邻近的Ru原子可以促进HER^[2]。

图3. Pt的XAFS表征与分析

XAFS从原子层面阐明单原子催化机理，XANES（X射线吸收近边结构）揭示金属中心的氧化态、轨道杂化、对称性等电子结构信息；EXAFS（扩展X射线吸收精细结构）提供配位数、键长、无序度等几何结构参数，是判断金属是否呈单原子分散的直接证据，XAFS技术为理性设计高性能单原子催化剂提供关键科学依据。

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参考文献

[1] Gan T, Tao L, Zhang Z, et al. Defect-engineered LaFeO3 stabilizing oxidized Pt single-atom sites for low-temperature CO oxidation[J]. Journal of the American Chemical Society, 2025, 147(36): 32729-32736.

[2] Wang R, Sun X, Liu Q, et al. Ultralow-Platinum Cathode Enables High-Performance Anion Exchange Membrane Water Electrolysis[J]. ACS Applied Energy Materials, 2026.