同步辐射高分辨X射线发射谱方法及其在材料电子结构中应用

X射线吸收谱学是研究材料局域原子和电子结构的一种重要分析方法，它能提供吸收原子周围几何和电子结构信息，如键长、键角、配位数和化学价态等，可用于表征材料结构和特征，而同步辐射高分辨X射线发射谱学（High Resolution X-ray Emission Spectroscopy），是利用高能量分辨分析晶体谱仪，来研究电子跃迁发出的更精细的光谱。这样两种方法的结合，可以研究过渡金属及Pt系复杂d电子环境，镧系稀土元素和锕系复杂f电子环境的电子结构问题，从而获得具有这类电子关联特性的铁基超导材料、纳米催化材料以及核能材料更精细的电子结构。目前这是国际第三代同步辐射实验技术和先进材料电子结构分析发展的最新的一种实验方法结合。在上海光源上发展并应用此新技术，将有助于更深入认识铁基超导材料、纳米催化材料以及核能材料等这类复杂电子体系材料的电子结构与材料功能的关系，为能源与环境科学研究做出重要贡献。

X射线吸收谱学是研究材料局域原子和电子结构的一种重要分析方法，它能提供吸收原子周围几何和电子结构信息，而同步辐射高分辨X射线发射谱学, 是利用高能量分辨分析晶体谱仪，来研究电子跃迁发出的更精细的光谱。这样两种方法的结合，可以很好的用来研究镧系和锕系复杂f电子环境的电子结构问题，从而获得具有这类电子关联特性的核能材料更精细的电子结构。目前这是国际第三代同步辐射实验技术和先进材料电子结构分析发展的最新的一种实验方法结合。在上海光源上发展并应用此新技术，有助于更深入认识核能材料等这类复杂电子体系材料的电子结构与材料功能的关系，为核能及其相关环境科学研究做出重要贡献。. 本项目在自然科学基金资助下，按计划完成了一套单晶体谱仪和一套三晶体谱仪的设计和建造，并在上海光源BL14W XAFS线站成功调试，获取了亚eV的能量分辨率和最高达10E6 count/s 的计数率，性能参数达到国际同类装置先进水平。使用所建造的上述高分辨晶体谱仪，开展了在核能及相关环境材料方面的应用研究, 获得了三个应用成果。研究了Eu(III)与锰的氧化物和氢氧化物的相互作用机理和微观结构, 为放射性核素在自然界水和土壤环境中的迁移和转化行为提供了理论依据。原位分析了铀氧化物在不同温度下的结构变化，成功获取了二氧化铀（UO2）在逐步变化不同温度点的高分辨吸收谱，揭示了其在500°C 以下的低温中的氧化产物的化学价态，逐步从4价向5价或6价混合价态转变， 进而得到了在变温过程中的UO2向U4O9和U3O8混合产物的转化信息，该研究结果同他人原位XRD的研究结果一致。采用三晶体谱仪获取掺杂了不同含量的UO2的ThO2中Th的L3高分辨吸收谱，从实验上证实了Th的6d能级在晶体场作用下劈裂为两个能级，同时发现存在U的6d电子向Th的6d能级转移的现象。