Pomiary in situ z wykorzystaniem rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej (XAS)i emisyjnej (XES) stały się ważnym narzędziem pozwalającym na uzyskanie informacji o zmianie stopnia utlenienia, struktury elektronowej i lokalnego środowiska wiązań w rzeczywistym czasie trwania procesów chemicznych. Metody te mają szczególne znaczenie m.in. w badaniu procesów katalitycznych, dla których określenie struktury elektronowej powierzchni katalizatora jest kluczowym wymogiem do zrozumienia zachodzących reakcji^1,2.
W prezentowanych podczas seminarium wynikach badawczych, wykorzystano metody XAS i XES w pomiarach in situ do badania zmian struktury elektronowej zachodzących w czasie termicznego utleniania tytanu. Pomiary absorpcyjne krawędzi K tytanu pozwoliły na obserwację przemiany metal-tlenek zachodzącej w czasie rzeczywistym badanego procesu oraz zbadanie dynamiki zmian zachodzących w próbce. Wyznaczono zakres temperatur najszybszych przemian metal-tlenek oraz przejścia z fazy krystalicznej anatazu do rutylu. W pracy przeprowadzono analizę różnic widmowych w zakresie linii emisyjnych Kβ’ oraz Kβ_1,3 co pozwoliło na zobrazowanie przejścia od stanu wysokospinowego do niskospinowego, podczas termicznego utleniania. Zaproponowana analiza energii środka masy (ang. Energy Center of Mass, E_CM) dla linii Kβ’ oraz Kβ_1,3 wykazała, że wartości E_CM zmieniają się wraz ze wzrostem temperatury utleniania. Wykorzystując dane literaturowe wykazano również, że wartość E_CM dla temperatury 306°C, która spada poniżej wartość E_CM charakterystycznej dla metalicznego Ti, może świadczyć o obecności tytanu na +II stopniu utlenienia w utlenionej próbce. Ponadto, w pracy połączono wybrane widma XAS i XES wraz z obliczeniami gęstości stanów przy użyciu energetycznej skali względnej E−E_f. Badania pozwoliły na określenie pochodzenia badanych struktur widmowych oraz obserwację tworzenia się pasma wzbronionego pomiędzy strukturami pasmowymi z jednoczesnym tworzeniem się struktur przedkrawędziowych tlenku tytanu.

[1] Wang, M., Árnadóttir, L., Xu, Z. i inni, i. (2019). In Situ X-ray Absorption Spectroscopy Studies of Nanoscale Electrocatalysts. Nano-Micro Lett. 11.

[2] Knop-Gericke, A., De Groot, F., Van Bokhoven, J. i Ressler, T. (2004). Soft X-ray Absorption Methods. W H. S. Nalwa, In-situ Spectroscopy of Catalysts. American Scientific Publishers.