合肥先进光源(HALF)

1、线站简介

原位工况软X射线谱学与散射线站充分利用第四代同步辐射光源出射的超高亮度、超小光斑给软射线谱学发展带来极大机遇,建设一线两站(NAPA实验站、MARS实验站)、多种实验手段的综合性研究平台,辅以高性能配套实验设备和原位装置,以多维度描绘材料在工况条件下的电子结构图谱,为研究能源催化、材料、环境等领域的研究提供前沿的表征手段。线站能量180–2500 eV,集成NAP-XPS、XAS、XES、RIXS多种软X射线谱学技术,可在原位/工况条件下研究功能材料的表界面电子结构和化学形态变化。

图1 光束线布局图


2、关键参数

表1 光束线关键参数

能量范围

180-2500 eV

光斑尺寸

12 µm × 6 µm@NAPA

80 µm × 5 µm@MARS

光子通量

1.2×1012 phs/s@244.4 eV

能量分辨能力

15000@244 eV


表2 NAPA实验站关键参数

实验技术

NAP-XPS、XAS

气氛工作压力范围

UHV to 200 mbar

样品架温度范围

300 - 1500 K


表3 MARS实验站关键参数

实验技术

XAS、XES、RIXS

能量分辨能力

10000@292 eV (光谱仪)

空间分辨能力

<5 µm

样品架温度范围

80 - 1200 K

原位能力

固-液、固-气


3、科学目标

能源器件原位/工况条件下的电子结构图谱解析,服务于能源催化、材料、环境等领域,具体研究方向举例如下:

(1) 碱金属离子电池充放电过程电子结构变化深入解析;

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(2) 光/电催化反应机理的全面探测;

(3) 不同压力、不同气氛下催化反应动力学机制探测;

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(4) 热电材料电声耦合机制解析等;


4、可向企业提供的服务

线站可为化工催化提供服务,例如研究煤气反应、甲醇制烯烃等重要化工催化反应机制,厘清催化剂在催化反应过程中的起的关键作用;也可为电池企业提供服务,例如研究锂离子电池工作/失效机制,厘清电池性能变化的来源。


5、最新进展

光束线工程设计已全面完成,镜箱及诊断设备正式进入出厂测试阶段,重点测试运动精度、重复性及极限真空,确保满足软X射线高精度实验需求。在关键技术研究方面,RIXS光谱仪系统已完成工程设计,核心参数与结构方案通过评审,现已转入设备加工阶段,其中光学元件及探测器已全部到货并通过验收测试,后续重点推进镜箱及探测器支架的机械系统制造与组装。整体进度符合预期计划,技术指标达到国际同类装置先进水平。

图2 光束线工程设计图

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图3 RIXS光谱仪系统工程设计图


6、线站负责人:陈双明   csmp@ustc.edu.cn