的基本物理原理，详细解析其如何通过复杂的数据分析流程提取原子配位数、键长在材料科学、化学、物理学和生物学等众多前沿领域，理解物质在原子尺度上的结构是推动科学认知和技术创新的核心。

）光谱学作为一种强大的实验技术，为我们提供了一扇独特的窗口，能够精确窥探特定原子周围的局域配位环境。

02、EXAFS的基本原理——光电子的散射之旅

核心物理过程：从X射线吸收到光电子出射

EXAFS技术的核心原理根植于物质与X射线的相互作用。当一束能量可调的X射线照射到样品上时，如果其能量恰好达到或超过样品中某个特定元素原子的内层电子（如K层或L层）的束缚能，该电子就会被激发并脱离原子，成为一个光电子。

EXAFS示意图

散射与干涉：精细结构的起源

这个返回的散射波会与从中心原子新出射的光电子波发生干涉。干涉的结果（相长或相消）取决于光电子的波长（即其动能）以及它所经过的路径长度（即中心原子与配位原子之间距离的两倍）。

这些振荡包含了关于中心原子周围环境的全部结构信息，其数学形式可以表示为一个涉及散射路径、振幅、相位和距离等参数的复杂函数。

EXAFS技术具有两大无可比拟的优势。首先是。通过将入射X射线的能量精确调谐到目标元素的特定吸收边，研究者可以选择性地探测该种原子周围的局域环境，而忽略样品中其他元素的影响。

对局域结构的极高灵敏度这一特性使得EXAFS成为研究非晶态材料、纳米颗粒、液体、玻璃以及晶体材料中缺陷或杂质局域结构的理想工具。

03、从EXAFS谱图到原子配位参数的解析

在EXAFS分析中，一个核心概念是“配位壳层”（coordination shell）。例如，距离最近的一组邻近原子构成了第一个配位壳层。EXAFS数据分析的目标就是逐层解析这些配位壳层的结构参数。

标准的EXAFS数据处理流程通常包括以下步骤：

背景扣除与归一化首先，需要从原始吸收光谱中扣除吸收边前的背景信号，并移除由孤立原子吸收产生的平滑背景，从而提取出纯粹的EXAFS振荡信号χ(k) 。2.：3.：最后，利用基于单散射或多重散射理论的EXAFS方程，对分离出的信号进行最小二乘法拟合。这一步需要借助FEFF等专业软件来计算理论散射振幅和相移函数。

通过拟合，可以定量地提取出一系列描述原子配位环境的关键参数：

：配位数(N)即特定配位壳层中配位原子的数量。它直接关联于EXAFS振荡的振幅大小。

：无序度：拟合示意图

随着同步辐射光源技术和数据分析方法的不断进步，EXAFS在原子配位研究中的应用广度和深度也在持续拓展。

精准解析复杂催化与纳米材料

它能够精确确定活性金属原子的配位环境，例如配位原子的种类、数量以及键长信息，对于纳米材料，EXAFS同样是表征其结构、尺寸和表面配位状态的有力工具，因为纳米颗粒的表面原子配位数与其整体性质密切相关。

动态过程的原位与操作表征

例如，通过将EXAFS与电化学工作站联用，研究者可以实时监测电催化剂在反应过程中的配位结构变化，揭示其动态工作机制。这为理解和设计更高效的能源材料提供了前所未有的原子尺度洞见。

数据分析的革新：机器学习的赋能

例如，基于机器学习的XAS这极大地提升了数据处理效率，并有望从复杂谱图中挖掘出更深层次的结构信息。

多技术联用与理论发展

与此同时，EXAFS的散射理论和数据分析方法也在不断发展，使得从谱图中获取更精细的立体化学信息成为可能。

05、结论

为我们提供了无与伦比的能力来精确解析中心原子周围的配位细节，包括配位数、键长、原子种类和无序度。

展望未来，随着原位实验技术、机器学习分析方法以及先进同步辐射光源的持续发展，EXAFS必将在揭示更复杂体系的原子配位秘密、指导新材料设计与功能优化方面发挥更加关键的作用。