鋰硫電池（Li–S battery）憑借超高理論能量密度與成本優勢，被視為新一代儲能體系的重要方向。然而，鋰多硫化物（LiPSs）在電解液中的穿梭效應及其緩慢的轉化動力學，長期制約著該體系的實際應用。

為突破這一技術瓶頸，研究團隊構建了一種含硼空位（V_B）的二維WB基 MBene 催化劑（WB–VB）。該催化劑通過原子尺度的空位調控實現了電子結構優化和催化位點重構，從而有效提升鋰多硫化物的吸附與轉化效率。相關研究成果以 “Boron Vacancy Engineering in 2D WB-Based MBene Catalysts for Optimizing Lithium Polysulfide Reactions" 為題，發表于高水平期刊 《Small》（2025）。

在該研究中，作者借助美國 easyXAFS 公司研發的臺式 X 射線吸收精細結構譜儀 easyXAFS300+，對催化劑的局部結構與電子行為進行了系統研究，并在放電/充電條件下實現了原位XAFS動態追蹤，為揭示結構-性能關系提供了關鍵實驗依據。

硼空位誘導局部結構重構（上圖左1）

在二維 WB–VB 催化劑的構筑過程中，研究人員利用 easyXAFS 進行 W L? 邊 EXAFS 測試，對比分析了金屬 W 箔、WB 與 WB–VB 樣品的配位環境。

結果表明，相較于金屬 W 箔中典型的 W–W 配位峰（≈ 2.7 ?），WB 與 WB–VB 的主峰強度明顯降低，顯示出材料從金屬鍵向共價型 W–B 鍵 轉變。特別是 WB–VB 樣品中，W–B 配位峰進一步減弱并輕微向短鍵距方向偏移，表明硼空位的引入降低了局部配位數，使 W 原子處于更加開放、電子密度降低的狀態。這種結構特征為 LiPSs 的吸附與電子耦合提供了理想的反應環境。

LiPSs 吸附后的界面結構演化（上圖右1）

為揭示催化劑在電化學反應界面上的活性變化，研究人員進一步對 LiPSs 吸附前后的樣品進行了 EXAFS 對比分析。

結果表明，經過 LiPSs 處理后，WB–VB 樣品在約 1.8 ? 處出現了新的 W–S 配位峰，同時原有的 W–B 峰顯著減弱。這一變化直接證明了反應過程中 S 原子與 W 中心之間發生化學鍵合，說明該催化劑可實現與 LiPSs 的強電子耦合與高效吸附。相比之下，W 箔與 WS? 的光譜變化較小，進一步證實了硼空位在調控 W 位點活性與促進 LiPSs 轉化方面的關鍵作用。

原位 XAFS 動態追蹤：揭示可逆電子調控與結構穩定性

為深入理解 W 中心在 LiPSs 轉化過程中的電子與結構響應，研究團隊在 easyXAFS300+ 平臺上開展了 W L? 邊原位 XAFS 測試，實時追蹤催化劑在充放電過程中的價態與配位演化。

XANES光譜（上圖b,c）顯示：在放電階段，白線峰輕微向高能位移動，說明 W 原子失電子、價態升高，有助于活性硫物種獲得電子并促進還原反應；充電階段，白線回落至低能位，表明W價態可逆降低，體現出優異的可逆氧化還原特性。

EXAFS與小波變換（WT）結果（上圖d–g）表明：W–B（≈      1.93 ?）和 W–W（≈ 2.8 ?）配位峰在充放電過程中幾乎未發生明顯變化，說明催化劑骨架在電化學循環中保持高度穩定，僅少部分 W 原子參與電子轉移。

這一系列原位 XAFS 結果揭示了 WB–VB 催化劑在工作狀態下兼具電子調控能力與結構穩定性，并可能在反應過程中形成 W–S 結構，從而實現對 LiPSs 的動態催化轉化。

通過 easyXAFS 的高精度 XANES 與 EXAFS 測試，本研究突破性的在原子尺度上明確了硼空位對 W 中心電子結構與配位環境的調控作用，揭示了其在 LiPSs 吸附與轉化反應中的電子轉移路徑。

結語

值得一提的是，easyXAFS設備打破了傳統表征手段的限制，無需依賴同步輻射光源，即可在常規實驗室環境中實現 X 射線吸收精細結構譜（XAFS）與 X 射線發射譜（XES）雙通道測試，獲得媲美同步輻射光源的高質量譜圖，可精準分析材料的元素價態、化學鍵及配位結構信息。目前，easyXAFS 已被廣泛應用于電池、電催化、環境化學、地質、陶瓷、電磁波材料與核化學等研究領域，并助力科研團隊在 Joule、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater. 等國際高水平期刊上發表了大量成果，持續推動 X 射線表征技術在科研領域的普及與創新。