上海光源(中文版)

BL20U1

E-line 硬X射线高能量分辨率谱学光束线站
科学目标
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硬X射线高能量分辨率谱学线站,是上海光源极具特色的软/硬X射线复合型线站——能源材料线站(E-line, BL20U1)的硬X射线分支。它是一条IVU波荡器光束线,实验站是一个多方法学交叉融合的综合平台,拥有硬X射线发射谱(XES)、高能量分辨率荧光探测吸收谱(HERFD)、硬X射线拉曼谱(XRS)及常规硬X射线精细吸收谱(XAFS)等实验方法,主要用于研究能源材料中位于界面以及体相的起活性作用的原子/离子的电子结构以及局域结构信息,与软X射线分支实验站以及合支实验站在研究方法上形成了优势互补。

线站要科学目标:

►催化剂、电池等能源材料的局域结构及电子结构

►地球物理、凝聚态物理中的高压科学(相变机理)

►核能关键材料研究(锕系化合物5f电子的成键性质)

线站布局图
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线站指标
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能量范围(eV): 4500~20000
能量分辨率(ΔE/E): 2×10-4 @ 5 keV
光子通量(phs/s/0.1%BW): 1×1012 @ 5 keV
光斑尺寸(µm2, H×V): 80×20 @ 5 keV
发射谱仪能量分辨能力: 4.0 eV
实验站
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1)常规X射线吸收精细结构谱(XAFS)
该方法对待测元素局域结构敏感且不受其他元素干扰、不依赖于长程有序结构,对样品形态有很强的包容性,是研究物质局域结构和电子结构的有力工具。XANES显示的吸收边位置可以有效帮助判断目标元素价态;边前峰包含了物质的对称性信息;进一步拟合计算,可以获取物质三维空间结构。对于EXAFS,可以通过拟合获取物质的配位元素种类、配位数、无序度等结构信息。
2)高分辨发射谱(XES)及 高分辨荧光吸收谱(HERFD-XAS)
► XES来源于外壳层电子向芯能级核空穴的跃迁,其末态为外壳层的核空穴,因此寿命展宽更低、具有高能量分辨率,可以区分C、N、O等散射能力非常接近的配体。
► HERFD-XAS是对共振非弹性X射线散射谱进行的积分,与传统XAFS相比,提供了更为精细的价态和电子结构信息,同时也使得由物质结构变化导致的谱学特征变化更为明晰(边前峰、肩峰等都具有更高的分辨和特征强度)。
3)硬X射线拉曼光谱(XRS)
拉曼谱本质上是一种X射线非弹性散射过程。在光进-光出的过程中,光子的能量和动量均发生改变,包含重要的电子结构信息。收集出射的非弹性散射光子进行分析,可以得到与XAS谱类似的信息。与XAS不同之处在于,XRS的入射光子能量不要求在元素吸收边附近,因此可以用硬X射线获得C/N/O 等轻元素K-edge以及过渡金属L-edge 吸收谱。
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