价态与材料性能之间存在着密切而复杂的关系，元素的价态直接影响材料的化学活性、催化性能、电学性质、磁学性质和光学性质等。

那么，如何分析价态？本文华算科技深入分析了九种表征技术：XPS、XAS、AES、UPS、EPR、EELS、CV、穆斯堡尔谱、拉曼光谱。希望能为大家提供帮助！

一、X 射线光电子能谱（XPS）

1. 原理：利用软 X 射线激发原子内壳层电子，通过测量光电子结合能的化学位移，反映原子电子环境变化。

2. 可分析信息：元素表面化学态、价态类型及相对含量，兼顾元素定性与半定量分析。

3. 典型应用场景：催化剂表面活性组分价态分析、半导体材料表面化学状态表征、纳米材料界面电荷转移研究。

案例分析

DOI：10.1002/anie.202518458

图 a-g分析 HEA/C 与 PtPd-HEO 中 Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Pt、Pd 七种金属的价态：非贵金属（Fe、Co 等）在 HEA/C 中以金属态为主，在 PtPd-HEO 中仅存氧化态，证明热氧化后完全转化为 HEO；Pt、Pd 在两种样品中均保持金属态，体现铂族金属低氧化活性。

图 3h-i（金属价态组成图）进一步定量验证价态差异：HEA/C 中非贵金属以金属态为主，PtPd-HEO 中其全为氧化态，而 Pt、Pd 始终为金属态，为 PtPd-HEO 异质结构（PtPd 合金 + HEO）的形成提供直接证据，也为后续电子结构调制、抗 CO 中毒的催化机制奠定基础。

二、同步辐射相关表征（XAS）

：元素价态（氧化态 / 混合价态）、局部配位环境（配位数、键长）、电子密度分布，支持原位 /工况条件下的动态价态追踪。

3. 典型应用场景：电池材料充放电过程价态与结构协同演变监测、高温高压下材料价态变化研究、复杂催化体系活性中心价态与配位结构关联分析、生物矿化过程中微量元素价态动态表征。

案例分析

DOI：10.1002/anie.202518458

图 j（Pt L3-edge XANES 谱图）分析 Pt 价态：HEA/C 与 PtPd-HEO 中 Pt 的 L3-edge 谱图均与 Pt 箔一致，证明 Pt 在氧化前后始终保持金属态，未发生价态变化。

图 n（Pd K-edge XANES 谱图）分析 Pd 价态：Pd 在两种样品中均比 Pd 箔呈现 3.9 eV 蓝移，此为 Pd 与 HEO 界面电荷重分布导致，而非价态改变，进一步证实 Pd 始终为金属态；结合图 k、o（EXAFS 谱图）与图 l、m、p、q（WT 图），Pt、Pd 的配位环境在氧化前后无显著变化，进一步验证二者金属态稳定，为 PtPd-HEO 异质结构中贵金属的价态稳定性提供关键证据。

三、俄歇电子能谱（AES）

：2. 可分析信息微区元素价态、表面化学状态，兼具纳米级空间分辨率与成像功能3. 典型应用场景半导体器件微区价态1. 原理真空紫外光激发原子最外层价电子，通过测量光电子电离能，分析价带电子结构。

2. 可分析信息：价带电子态密度、费米能级位置、表面功函数，辅助判断元素价态及化学键合状态。

3. 典型应用场景：半导体材料价带结构与价态关联分析、金属表面吸附物价态研究、有机光电材料电子结构表征。

案例分析

DOI：10.1126/science.aao5561

其一，UPS 光电子截止谱（图 2A 左）显示，纯 WOₓ功函数为 4.8 eV，Ta-WOₓ功函数向高能端偏移 0.2 eV 且与 PDCBT 接近， Ta-WOₓ掺杂PDCBT后功函数降 0.5 eV，纯 WOₓ掺杂仅降 0.2 eV，证明 Ta-WOₓ更高效掺杂聚合物；

其二，UPS 价带谱（图 2A 右）显示，Ta-WOₓ价带有 2.5-0.8 eV 宽峰（对应能隙掺杂态），可与 PDCBT 价带对齐，纯 WOₓ无此峰，结合两者相同光学带隙（2.85 eV），证实 Ta-WOₓ价态调控源于掺杂态；

其三，UPS 推导的能级图（图 2B、C）显示，Ta-WOₓ与 PDCBT 费米能级对齐，纯 WOₓ未实现，印证 Ta-WOₓ借价态调控建低阻接触。

五、电子顺磁共振（EPR）

：1. 原理原子核共振吸收 γ 射线，通过化学位移（同质异能位移）反映原子核周围电子密度，关联元素价态。

2. 可分析信息：特定同位素（如 57Fe、119Sn）价态、配位环境、磁性状态，支持定量分析。

3. 典型应用场景：铁基电池材料价态分析、磁性材料价态与磁性能关联研究、含铁催化剂活性中心价态表征。

案例分析

DOI：10.1021/jacs.3c12157

通过穆斯堡尔谱的异构位移（δ）分析 Fe 价态：220 K 时，前驱体 WFe₂的 δ=0.51 mm/s，与 Fe2.5+的特征 δ 一致，表明含离域混合价 Fe2.5+；引入 Ni 的 WFe₂Ni-red，δ 增至 0.58 mm/s，变化小，Fe 仍为 Fe2.5+；氧化为 WFe₂Ni-ox 后，δ 降至 0.45 mm/s，表明 Fe2+氧化为 Fe₂³⁺。DFT 计算值与实验值吻合，印证 Fe 价态变化。

七、拉曼光谱

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