五元及以上新型高熵催化劑材料精準測定有了 “利器”！

近期，測試人員使用國創科學儀器（蘇州）有限公司的臺式X射線吸收譜儀 SuperXAFS H3000，對五元新型高熵催化劑 FeCoNiCrPt（Al?O? 負載）開展了X射線吸收精細結構（XAFS）測試。樣品中 Ni、Co、Fe、Cr、Pt 的含量均低于 6%，但所得譜線依然具有良好的信噪比與分辨率，能夠辨識價態與局域配位特征，顯示臺式設備在復雜多元體系中同樣勝任精細結構解析的需求。

高熵催化劑的獨特之處在于“多主元協同"：多種過渡金屬共同進入同一顆粒或同一活性相，憑借構型雜化與價電子調控形成“雞尾酒效應"。這類材料往往晶格輕度畸變、短程有序顯著、元素間電荷轉移與應力場交織，傳統衍射更擅長看到“長程平均"，而難以捕捉這些決定催化活性的局域差異。XAFS的優勢恰在于元素選擇性與局域結構靈敏度：分別在 Fe/Co/Ni/Cr 的 K 邊與 Pt 的 L 邊逐一“對號入座"，讀取每種元素周圍最近鄰的鍵長、配位數與無序度，從而判斷它們是以金屬—金屬合金鍵結合、以金屬—氧配位錨定于載體，還是在還原/氧化環境下發生相變與重構。

以 FeCoNiCrPt/Al?O? 為例，三維過渡金屬與貴金屬共存，既可能形成高熵合金樣的 M–M 配位，也可能與氧發生 M–O 錨定或殼層氧化。多邊緣聯用的臺式 XAFS 能在同一批樣品上獲得彼此呼應的信息：若 Fe/Co/Ni 的第一殼層以 M–M 為主而 Cr 與 Pt 同時顯示明顯的 M–O 成分，則提示“合金核—氧化殼"或“部分金屬在載體上單原子/超小團簇錨定"的結構；若所有元素的第一殼層均出現縮短或拉長的鍵長與增大的均方位移，則反映出高熵引入的格點畸變與應力調制。進一步結合還原/氧化前后的譜線對比，可以跟蹤反應條件觸發的價態漂移與重排，回答“誰是穩定的活性位、誰在工況下參與可逆重構"。

這種能力對研發具有直接意義。首先，它為高熵催化劑的成分篩選提供結構指紋：在不依賴同步輻射的前提下，快速篩出“既能保持高度分散又具協同作用"的配比與處理路線。其次，它支撐催化機理與耐久性的驗證：在氫能轉換、CO?加氫、選擇氧化/脫氫、尾氣凈化等場景中，XAFS可在接近工況的氣氛與溫度下監測鍵長、配位與價態隨時間的演變，識別中毒、燒結與相變的早期征兆，并據此設計抗中毒、抗燒結的穩態構型。再次，它為質量控制與中試放大提供“結構在線檢測"的思路：同一儀器上完成多元素的順序測量，能將工藝批間差異直接映射到局域結構差異，從而實現可追溯的結構—性能關聯。

臺式 XAFS 的價值還在于將“高門檻的關鍵表征"前移到研發一線。SuperXAFS H3000 在多元素能區的覆蓋、樣品形態的兼容性以及數據穩定性方面的綜合表現，使研究者可以在實驗室內完成從配方—處理—表征—反饋的快速閉環，降低對大型裝置機時的依賴，大幅提升迭代效率。本次對含量低于 6% 的 Fe、Co、Ni、Cr、Pt 的聯測實踐表明，臺式設備不僅能把高熵催化劑的復雜局域景觀“看清楚"，也能把材料在真實環境中的動態變化“盯住"，為高熵催化從概念走向工程應用提供可靠而高效的結構支撐。

圖一 Fe K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖二 Co K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖三 Ni K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖四 Cr K邊XANES和EXAFS圖譜。

圖五 Pt K邊XANES和EXAFS圖譜。