作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 纳米XANES的收购
(一)NSLS二号的硬x射线纳米探针束线示意图
由于样品由菲涅耳波带片(FZP)产生的纳米光束进行光栅扫描，衍射(不用于本工作中研究的样品)、荧光和透射信号可以同时采集
在沿着吸收边缘的能量点处，获得了一系列x射线荧光[纳米-x射线荧光]图(B)和来自层析重建的相位图像(C)
(四)配有参考标准的具有代表性的单像素荧光XANES
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb3615 具有优异穿透力和高化学灵敏度的x射线适合于理解非均质材料
在一份关于科学进步的新报告中
Pattammattel和美国纽约国家同步加速器光源的一组科学家
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，通过结合扫描纳米探针和荧光产生的x光吸收近边缘结构(被称为纳米XANES)描述了纳米尺度的化学物种形成
该团队通过使用50纳米扫描步骤绘制由不锈钢和赤铁矿纳米颗粒组成的参考样品中铁的状态图，展示了纳米XANES的分辨能力
利用纳米XANES，研究小组还研究了磷酸铁锂(LFP)颗粒的微量二次相，并注意到在原始磷酸铁锂中存在单独的磷化铁纳米颗粒，而部分脱硫的颗粒显示出磷化铁纳米网络
这项关于纳米XANES的工作突出了现有文献中关于磷化铁形态的矛盾报告，并将弥合光谱显微术方法的能力差距，提供令人兴奋的研究机会
纳米技术的多学科性 纳米技术是一个快速发展的领域，在过去的二十年里已经扩展到多学科研究领域
该领域还揭示了微观表征工具，以了解在材料科学中具有重要作用的材料的化学和物理特性
研究人员开发了无数种技术来研究纳米材料的光谱，包括用于原子分辨率成像的透射电子显微镜和用于检测特定元素化学状态和数据的电子能量损失光谱
然而，由于穿透深度和多次散射的限制，x光具有很宽的能量范围和很好的穿透力以及很高的化学敏感性
例如，x光吸收光谱法(XAS)被广泛用于研究吸收原子的化学状态
用硬x光纳米探针和单像素XANES (X光吸收近边缘结构)在纳米尺度上实现的定量化学成像仍然是一个未知领域
在这项工作中，Pattammattel等人
因此详细描述了纳米级的荧光产生硬x光XANES，迄今为止被称为纳米XANES
纳米XANES的质量及其与微XANES的比较
a)不同积分面积的赤铁矿[铁(ⅲ)]和不锈钢[铁(0)]粒子的铁钾边纳米晶光谱
纳米XANES铁(ⅲ)和铁(0)光谱与微XANES和赤铁矿和不锈钢参考标准(收集在微探针束线)的比较显示出相同的特征
学分:科学进步，doi: 10
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abb3615 纳米XANES收购案 科学家们通过使用含有混合不锈钢和赤铁矿纳米颗粒的参考样品进行基准实验，展示了这项技术
然后，他们应用该技术来表征化学物种(即
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形态)的锂电池颗粒(含有锂铁磷酸盐，缩写为LFP)，带有痕量的二次磷化铁/磷酸铁碳化物相
纳米XANES的高空间分辨率和检测灵敏度为复杂环境下的材料特性提供了独特的见解
该小组在布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源的硬x光纳米探针束线处进行了纳米XANES实验
使用同时获得的远场衍射图案
通过ptychography重建生成具有更高空间分辨率的相位图像
然后，他们使用成像软件排列元素图，并创建三维(3-D)图像堆栈，以产生空间分辨的化学状态信息
工作中使用的参考样品包含不锈钢纳米颗粒、赤铁矿纳米颗粒和两者的混合物，厚度从几十纳米到几百纳米不等
研究小组选择Fe(0)/Fe(ⅲ)参考系有两个原因，包括光谱特征的可区分性和拟合方法的准确性
纳米XANES化学成像
(一)铁(ⅲ)和铁(0)纳米粒子的铁钾边缘纳米XANES光谱之和与本体的比较
(B)和(C)是赤铁矿[铁(III)]和不锈钢[铁(0)]纳米颗粒聚集体的铁-钾α XRF和相图
(四)有代表性的单像素光谱及其在粒子不同位置的拟合标记在(五)中，显示了铁的化学状态图
铬(与铁形成合金)，覆盖有铁(0)
它确认了配件的保真度
比例尺，800纳米
数据采集细节:120 × 80点，50纳米步长，40毫秒停留时间，77个能量点，约8
总采集时间2小时
学分:科学进步，doi: 10
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abb3615 纳米XANES收购疑难解答 这项技术最大的挑战是在能量变化时保持光束的稳定性，使纳米光束的大小和位置不变，而透镜的照度保持不变
科学家们通过将系统对准预定的能量点，并创建一个查找表来校正运动位置，从而克服了这些挑战
从长远来看，相关显微镜的稳定性也至关重要，因为许多采集需要10个小时
该小组通过比较每种物种的光谱和在x光荧光微探针束线上进行的大量测量来评估纳米XANES的质量
Pattammattel等人
将结果与光谱显微成像的附加技术进行比较，得出结论:荧光产生的纳米XANES提供了最高的灵敏度
磷酸铁锂颗粒中痕量二次相的检测 科学家随后使用纳米XANES跟踪锂离子电池材料中的单粒子相变
他们发现橄榄石结构的磷酸铁锂(磷酸铁锂，LFP)具有很高的化学对比度和空间分辨率，可以在电池性能期间成像化学变化
LFP是一种商业上用于锂离子电池的阴极材料，因为它具有较长的生命周期、成本效益和低环境毒性
碳包覆的LFP粒子可以提高电子电导率，但也会引起意想不到的副反应，包括形成纳米结构的富铁化合物(在本研究中被归类为铁磷化物)
化学成像识别原始(顶部)和部分锂化LFP(底部)的富铁相
原始LFP粒子铁和磷的x光荧光图
(三)用铁(ⅱ)和铁(ⅲ)参考标准拟合生成的化学状态图
(四)相图重建
(五)显示光谱变化的选定区域的XANES光谱
比例尺，1微米
数据采集细节:100 × 100点，60纳米步长，30毫秒停留时间，53个能量点，总采集时间约5小时
部分锂化LFP粒子的铁和磷的x光荧光图谱
用铁(ⅱ)、铁(ⅲ)和Fe3P参考标准拟合产生的化学状态图
(一)断层成像重建的相位图像
铁(ⅱ)、铁(ⅲ)、铁(ⅲ)的反卷积分布
(M)来自选定区域的XANES光谱，显示具有反卷积相位的光谱变化
电极中的导电碳和聚合物粘合剂是相位图像中背景特征的原因
比例尺，1
4微米
数据采集细节:100 × 100点，70纳米步长，30毫秒停留时间，65个能量点，总采集时间约6小时
学分:科学进步，doi: 10
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abb3615 具有高空间分辨率的纳米XANES提供了一种独特的x光技术来检测异质基质的化学物种，例如碳包覆的LFP(磷酸铁锂)
由于磷化铁和碳化物在局部结合上的相似性，光谱上的区别是不可能的，但研究小组利用铁(ⅱ)和铁(ⅲ)参考文献实现了化学作图
原始样品显示出围绕LFP粒子的几个100至1000纳米的铁磷化物粒子，具有清晰的晶界和与电子显微镜研究一致的高分辨率
由于x光不能穿透样品的整个厚度
在这项研究中无法确定磷化铁网络是在颗粒表面还是内部形成的
纳米XANES技术为未来的研究提供了一种具有高穿透深度和探测灵敏度的独特表征工具
纳米XANES的应用 硬x光纳米XANES技术可以荧光弥补现有光谱显微技术的能力差距
该团队预测了该方法在催化系统、电极材料、环境污染物和生物纳米系统的纳米物种形成中的广泛应用
然而，他们必须首先克服该方法的一些挑战，包括厚而密的样品的自吸收问题、纳米束的辐射损伤和成像速度慢
就这样，A
Pattammattel和他的同事们希望优化的断层纳米XANES技术能够对多学科纳米技术研究产生广泛的影响，并在未来发现意想不到或隐藏的材料相
改进后的技术将极大地增强纳米XANES的检测能力，以识别痕量化学相，实现更高的化学特异性以及检测局部键合结构
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