Linia SOLABS, dla której źródłem promieniowania jest magnes zakrzywiający, będzie dedykowana do absorpcyjnej spektroskopii rentgenowskiej (XAS). Będzie poświęcona technikom pokrewnym w zakresie energii od 1 keV do ~ 12-15 keV, obejmując krawędzie K absorpcji pierwiastków chemicznych między Mg i Se oraz krawędzie L i M wielu innych elementów.
XAS to unikatowa, specyficzna dla pierwiastków metoda spektroskopowa, stosowana zarówno do materiałów krystalicznych jak i amorficznych (w fazie stałej, ciekłej czy gazowej). Pomiary XAS mogą być wykonywane w odpowiednich warunkach aplikacji (in situ). Dane XANES (struktura bliskiej krawędzi absorpcji promieniowania X) oraz EXAFS (rozszerzona subtelna struktura absorpcji promieniowania X) dostarczają cennych informacji o lokalnej strukturze wokół atomów absorbera w badanych materiałach. Na linii SOLABS widma XAS mogą być rejestrowane w trybie transmisji lub fluorescencji.
Linia SOLABS (XAS-HN) przeznaczona jest do badań podstawowych i stosowanych w dziedzinach takich jak:
- materiałoznawstwo, fizyka i chemia (badania materiałów funkcjonalnych, zwłaszcza stopów, układów tlenkowych i katalizatorów, powłok, klejów itp.)
- biomedycyna (badanie metaloprotein, badanie stabilności, wchłaniania i terapeutycznego mechanizmu działania leków nieorganicznych i bio-nieorganicznych itp.)
- ochrona środowiska (np. specjacja pierwiastków toksycznych podczas bioakumulacji).
Uruchomienie linii rozpocznie się wiosną 2021 r. Pierwsze eksperymenty z Użytkownikami rozpoczną się latem 2021 r.
Rozszerzona subtelna struktura absorpcji promieniowania X (EXAFS)
Struktura EXAFS dostarcza informacji o średniej liczbie koordynacyjnej wokół atomów absorbera i długościach wiązań.
Wybrane przykłady z opublikowanych badań.
EXAFS - przykład 1
(a) Schematyczna ilustracja atomów Pt osadzonych na kropkach węglowych domieszkowanych azotem (nitrogen-doped carbon dots, NCD) oraz (b) transformata Fouriera widm EXAFS na krawędzi L3 Pt dla układu Pt–NCD zhybrydyzowanych z warstwą TiO2 oraz dla porównania zamieszczono wyniki dla układów PtO2, PtCl2 i Pt. (Widma zostały zmierzone na linii B18, Diamond Light Source).
Brak piku w zakresie 2-3.5 Å, odpowiadającego wiązaniu Pt-Pt, wskazuje, że tylko izolowane atomy Pt są związane z nośnikiem NCD, a pojedynczy pik przy 1.6 Å ujawnia, że są one skoordynowane z lżejszymi atomami (4-5 atomami węgla) na nośniku.
Przykład ten pokazuje możliwość wykorzystania danych EXAFS do odróżnienia katalizatorów jednoatomowych od małych klastrów lub nanocząstek związanych z nośnikiem. Pojedyncze atomy Pt są ważne jako katalizatory w fotokatalitycznej produkcji wodoru.
Zaadoptowane z pracy:
Hui Luo, Ying Liu, Stoichko D. Dimitrov, Ludmilla Steier, Shaohui Guo, Xuanhua Li, Jingyu Feng, Fei Xie, Yuanxing Fang, Andrei Sapelkin, Xinchen Wang and Maria-Magdalena Titirici, Pt single-atoms supported on nitrogen-doped carbon dots for highly efficient photocatalytic hydrogen generation, J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 14690. DOI: 10.1039/d0ta04431h
EXAFS - przykład 2
(po lewej) Schemat preparatyki Pt17/γ-Al2O3, (po prawej) transformata Fouriera widm EXAFS na krawędzi L3 Pt dla próbek [Pt17(CO)12(PPh3)8]Cln, Pt17(CO)12 (PPh3)8/γ-Al2O3 i Pt17/γ-Al2O3 oraz dla próbek referencyjnych Pt i PtO2 . W widmie Pt17/γ-Al2O3 pik dla 1.7 Å wskazuje na powstanie wiązań Pt–C lub Pt–O na interfejsie Pt17/γ-Al2O3.
Widmo EXAFS układu Pt17/γ-Al2O3 pokazuje, że Pt17 nie występuje w postaci tlenku, ale ma strukturę typu metalicznego klastra. Ponadto wykazano, że klastry Pt17 są pokryte cząsteczkami CO w temperaturze normalnej. Cząsteczki CO adsorbowane na drobnych osadzonych klastrach Pt17 na ogół mają dłuższe wiązanie C–O w porównaniu z większymi osadzonymi nanocząsteczkami Pt. Wiązania te wspomagają reakcję utleniania i prawdopodobnie przyczyniają się do wysokiej aktywności katalitycznej układu Pt17/γ-Al2O3 podczas utleniania tlenku węgla i propylenu w porównaniu z większymi nanocząsteczkami Pt na tym samym nośniku γ-Al2O3 (PtNP/γ-Al2O3) przygotowanymi metodą konwencjonalnej impregnacji.
Zaadoptowano z pracy:
Yuichi Negishi, Nobuyuki Shimizu, Kanako Funai, Ryo Kaneko, Kosuke Wakamatsu, Atsuya Harasawa, Sakiat Hossain, Manfred E. Schuster, Dogan Ozkaya, Wataru Kurashige, Tokuhisa Kawawaki, Seiji Yamazoe and Shuhei Nagaoka, γ-Alumina-supported Pt17 cluster: controlled loading, geometrical structure, and size-specific catalytic activity for carbon monoxide and propylene oxidation, Nanoscale Adv., 2020, 2, 669-678. https://doi.org/10.1039/C9NA00579J
