Espectroscopia de absorção de raios X (XAS),Com sua resolução em nível atômico, desempenha um papel indispensável na pesquisa de baterias de íon-lítio, células a combustível e materiais fotocatalíticos, manifestando-se especificamente nos seguintes aspectos:

Baterias de íon-lítio: analisando o comportamento dinâmico e os mecanismos redox dos materiais de eletrodo.

A espectroscopia de absorção de raios X (XAS), por meio da análise sinérgica da estrutura fina de absorção de raios X próxima à borda (XANES) e da estrutura fina de absorção de raios X estendida (EXAFS), permite o rastreamento em tempo real da evolução do estado de valência e das mudanças estruturais locais em materiais de eletrodo durante os processos de carga e descarga. Por exemplo, em materiais catódicos ricos em lítio e à base de manganês, a XANES revela que os íons Ni são oxidados a estados próximos a Ni.⁴⁺Quando carregados a 4,3 V, apresentam uma ligeira diminuição no estado de valência a 4,8 V, retornando gradualmente ao estado inicial durante a descarga, demonstrando um comportamento redox altamente reversível. A análise EXAFS, por meio das mudanças nos comprimentos das ligações Ni-O, confirma que a formação de vacâncias de coordenação de oxigênio domina o processo de compensação de carga. Além disso, a combinação da tecnologia XAS com RIXS permite elucidar ainda mais os caminhos redox do oxigênio da rede cristalina, fornecendo fundamentos teóricos para o desenvolvimento de materiais catódicos de alta densidade energética.

Células de combustível: revelando os sítios ativos dos catalisadores e os mecanismos de estabilidade.

A espectroscopia de absorção de raios X (XAS) é uma ferramenta essencial para o estudo das características dinâmicas de catalisadores de células a combustível. Por exemplo, em catalisadores de nanopartículas à base de platina, a espectroscopia de absorção de raios X (XANES) permite analisar a posição da borda de absorção do pico de Pt.₃A análise de EXAFS revela fortes interações entre Pt e Zn/Co, com transferência de elétrons de Pt para Zn e Co, explicando o mecanismo eletrônico por trás do aumento da atividade catalítica. A análise dos comprimentos das ligações de coordenação Pt-Zn e Pt-Co confirma que a estrutura de "cola atômica" "Pt-Zn-N" estabiliza as partículas de PtCo por meio de ligações químicas, suprimindo a aglomeração em altas temperaturas. Além disso, a XAS pode ser usada para investigar a estabilidade estrutural dos catalisadores após tratamento ácido, fornecendo parâmetros-chave para a otimização do projeto catalítico.

Materiais fotocatalíticos: elucidando a transferência de carga e as vias de reação

Ao analisar a estrutura eletrônica e o ambiente de coordenação dos sítios metálicos, a XAS pode revelar os mecanismos microscópicos de separação e transferência de carga em materiais fotocatalíticos. Por exemplo, em estudos de catalisadores de cobalto de átomo único (Co-SAs/NC), a XAS combinada com a espectroscopia Raman elucida o papel do Co-N.₄A espectroscopia de absorção de raios X (XAS) investiga as estruturas de coordenação na promoção da conversão de espécies de enxofre, revelando como a evolução dinâmica das ligações Co-S inibe o transporte de polissulfetos. Além disso, a XAS pode ser aplicada para estudar as mudanças no estado de valência em fotocatalisadores durante as reações, fornecendo informações em nível molecular para otimizar o desempenho fotocatalítico.