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安捷伦科技（中国）有限公司
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单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）因其独特的原子分散特性、接近100%的原子利用率和优异的催化性能，且与传统的纳米颗粒催化剂相比，SACs将活性金属以孤立的单原子形式锚定在载体上，每个金属原子都是一个独立的活性中心，这种结构为实现贵金属减量化和催化性能的精准调控提供了全新路径。
但由于常规表征方法的局限，其活性位的明确及原子电子结构的探测一直是个难题：
传统的XRD、TEM等技术难以识别孤立分散的单个属原；
催化性能高度依赖于金属中心的配位数、键长、氧化态等微观化学环境信息，常规手段难以获取;
催化剂在实际反应条件下的结构演变是揭示真实活性位点的关键，但静态表征难以捕捉这一动态过程。
X射线吸收精细结构谱（XAFS）技术凭借其对中心原子局域结构的敏感性，能够给出吸收原子周围几个邻近配位壳层的结构信息，包括配位原子的种类及其与中心原子的距离、配位数和无序度，已成为研究SACs原子结构的“钥匙”。
⑴ XAFS精准解析催化剂原子结构
中国科学院上海高等研究院一研究团队在钙钛矿LaFeO₃上成功锚定氧化态铂单原子（Pt⁴⁺），构建了高效稳定的低温CO氧化催化剂，为缺陷工程中对单原子位点催化剂奠定基础[1]。该研究利用XAFS结果来分析FeO的电子结构，负载Pt的氧化态、配位数与Pt-O键，以及催化过程中反应位点的结构变化，从而完成了关键结构验证。
图1. Fe原子的EXAFS表征与分析
图2. Pt原子的XAFS表征与分析
⑵ XAFS表征超低负载单原子的局域结构
合肥工业大学张传玲和郑亚荣团队在探索AEMWE中，对低负载铂的析氢反应进行深度研究，利用X射线吸收谱技术表征铂在Pt1Ru19/C体系中的氧化态介于Pt与Pt4+之间；同时通过FT-EXAFS研究了铂的局域环境，存在Pt-Ru与Pt-O，但并未发现Pt-Pt，说明原子分散的Pt与邻近的Ru原子可以促进HER[2]。
图3. Pt的XAFS表征与分析
XAFS从原子层面阐明单原子催化机理，XANES（X射线吸收近边结构）揭示金属中心的氧化态、轨道杂化、对称性等电子结构信息；EXAFS（扩展X射线吸收精细结构）提供配位数、键长、无序度等几何结构参数，是判断金属是否呈单原子分散的直接证据，XAFS技术为理性设计高性能单原子催化剂提供关键科学依据。
安徽国科仪器（GKINST） 致力于提供高端的 X 射线散射解决方案，助您在单原子催化剂及新兴交叉领域的研究中，精准捕捉每一个微观细节，加速科研成果转化。
参考文献
[1] Gan T, Tao L, Zhang Z, et al. Defect-engineered LaFeO3 stabilizing oxidized Pt single-atom sites for low-temperature CO oxidation[J]. Journal of the American Chemical Society, 2025, 147(36): 32729-32736.
[2] Wang R, Sun X, Liu Q, et al. Ultralow-Platinum Cathode Enables High-Performance Anion Exchange Membrane Water Electrolysis[J]. ACS Applied Energy Materials, 2026.
