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X射线吸收谱(X-ray Absorption Spectroscopy,XAS,包括XANES和EXAFS)能够提供小范围内吸收原子周围的局域结构信息,并且具有样品不受形态限制、对元素具有选择性等突出的优点,因此作为一种强有力的结构探测工具而被广泛应用。中等能区(1.2keV-6.0keV)覆盖的S、P、Cl、K和Ca等元素在材料科学、生物科学、环境科学与地球科学等领域中有着极其重要的应用,由于此能段X射线在空气中衰减迅速而导致中能XAS研究一直较为滞后。作者在BSRF中能束线的基础上,首次在国内进行了中能XAS三种常规方法测量,结果显示在现有状态下开展中能段XAS应用研究是完全可行的。根据中能束线特点,设计了一套集多种功能于一体的中能XAS谱仪。另外,利用中能XAS对材料、土壤环境和工业技术等领域进行了初步应用研究。主要结果如下:
1.利用Fe,Ni和P的K边XAS对材料(Fe1-xNix)2P进行了研究,结合多重散射理论计算了金属原子中不同格点对近边谱特征各自的贡献,得出原子优先取代的规律,利用第一性原理对能态密度和原子磁矩进行了计算,并讨论了它们的电子结构与磁学特性。
2.运用中能XAS对土壤环境中两个研究热点进行了研究:(1)利用XANES对不同pH值针铁矿吸附不同浓度磷酸盐进行形态分析,发现随吸附浓度增加结构发生改变,并对针铁矿和Al(OH)3混和物吸附P规律进行讨论;(2)通过XANES对广西环江大面积酸化农田中硫进行形态研究,结合化学方法分析了农田土壤酸化的原因,并对土壤中存在的潜在酸化风险进行了讨论。
3.选取三个研究要点介绍了中能XAS在工业技术中的应用:(1)通过XANES对两种添加剂与摩擦副作用产生的润滑膜进行了研究,发现在反应层中活性元素硫和磷主要以磷酸盐或焦磷酸盐等五价磷和硫酸盐等形式存在;(2)通过XANES对还原性硫化物在嗜酸氧化亚铁硫杆菌作用下硫的转化形态进行研究,发现生成的硫球中S不以S8的形式而存在;(3)通过对民用小锅炉原煤、底灰、飞灰和PM2.5中硫的XANES形态分析,揭示了硫的转化特征,为解决工业S污染实现脱S技术提供了指导作用。