Rietveld全谱拟合精修方法通过建立晶体结构模型，采用最小二乘法迭代，优化晶胞参数、原子坐标及峰形函数等变量，实现理论衍射谱与实验数据的精确匹配。该方法可同时获取材料的晶体结构参数（包括晶格常数、原子占位率及各项异性位移参数等）和物相定量信息，现已成为X射线衍射分析的重要技术手段。

本中心长期致力于Rietveld精修方法的研究与创新，成功开发了适用于碳材料中非晶碳、类石墨碳和石墨碳的三物相定量分析方法。基于该方法的代表性应用案例如下：

1. 非晶相体系的多相定量分析

碳材料通常包含非晶碳、类石墨碳和石墨碳三种物相。由于缺乏非晶碳和类石墨碳的结构模型，且三者的衍射峰严重重叠，导致准确分峰拟合存在困难。针对晶体结构未知或不完整的样品，Rietveld-PONKCS定量技术具有独特优势，其可通过构建部分已知晶体结构模型，在不依赖完整结构信息的情况下实现精确物相定量。

Rietveld-PONKCS定量技术的应用效果主要取决于结构模型的合理性，而建立准确的PONKCS模型仍是当前研究的难点之一。本中心以活性炭为非晶碳模型样品，采用PONKCS技术成功构建了无定形碳和类石墨碳的结构模型，并通过Rietveld全谱拟合实现了三相含量及石墨化参数的精确测定。该研究显著提高了碳材料研发的精度和效率，推动了从经验探索到数据驱动研发模式的转变。相关技术已申请国家发明专利（专利名称：X射线粉末衍射法测定碳材料组成与结构，公开号：CN116735633A）。

图1. 碳纤维中非晶碳、类石墨碳、石墨碳全谱拟合分峰定性定量结果

2. 无标样定量分析

铁基催化剂在能源转化与化工反应中应用广泛。研究表明，其还原行为与晶体形貌及暴露晶面密切相关，但α-Fe₂O₃在氢气中的还原动力学受不同晶面影响的机制尚不明确。该研究采用Rietveld精修方法对原位XRD数据进行了定性定量分析，为相变过程提供了定量依据。研究揭示了晶面结构与还原性能之间的构效关系，为铁基催化剂的设计提供了重要理论依据。

图2. (a) Fe₂O₃-C、(b) Fe₂O₃-H、(c) Fe₂O₃-R在300 ℃下的原位XRD衍射强度图谱，(d) Fe₂O₃与 (e) Fe₃O₄还原过程的Rietveld精修结果

Rietveld精修结果表明，所有样品均发生α-Fe₂O₃→Fe₃O₄的相变转化。通过三组样品在相同时刻的纵向对比，可清晰观察到还原速率呈现Fe₂O₃-R＞Fe₂O₃-C＞Fe₂O₃-H的梯度差异。

图3. Fe₃O₄-C（准立方体）、Fe₃O₄-H（六方片状）和Fe₃O₄-R（菱面体）还原过程的原位XRD强度图谱及Rietveld精修结果

图3展示了磁铁矿（Fe₃O₄）作为起始相的还原过程动态演变。根据前驱体形貌特征，将还原产物分别命名为Fe₃O₄-C、Fe₃O₄-H和Fe₃O₄-R。还原速率呈现梯度规律：Fe₃O₄-H＞Fe₃O₄-R＞Fe₃O₄-C。详见原文DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158056。

3. 微观结构解析

针对油酸修饰制备疏水性氢氧化镁纳米颗粒过程中尺寸控制与疏水改性难以同步实现的问题，XRD Rietveld精修分析结果表明：油酸修饰显著改变了晶胞参数，表现为c轴膨胀而a轴收缩，同时晶粒尺寸显著减小。研究表明，油酸分子的羧基与镁离子配位产生双重调控作用：一方面通过空间位阻抑制颗粒团聚；另一方面通过晶面选择性吸附调控晶体生长动力学，从而实现纳米颗粒尺寸的精确调控。详见原文：DOI:10.1016/j.cjche.2016.07.012。

图4. Rietveld精修结果曲线：（a）空白氢氧化镁，（b）疏水改性氢氧化镁

表1. Rietveld精修结果：空白氢氧化镁与疏水改性氢氧化镁的晶粒尺寸及晶胞参数对比