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拉曼光谱在碳材料中的应用

发布时间:2020-11-06 09:06:48 浏览量:169 作者:Leaf

摘要

我们平常接触的比较多的是石墨,石墨烯和碳纳米管,下面主要介绍这三种碳材料的拉曼光谱。


碳材料在科技领域有着很大的作用,碳是一种常见的元素,由它构成了许多同素异形体,而拉曼光谱是用来表征碳材料最常用的、非破

坏性的、快速的和高分辨的技术之一。常见的碳材料有石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管和石墨烯,这些都可以通过拉曼光谱分辨出

来。它们的拉曼光谱都显示几个突出特点:光谱简单,在1000~3000cm-1范围内有几个特征峰。


石墨

如上图a是完美石墨晶体的拉曼光谱,b是有缺陷的石墨的拉曼光谱,可以看到完美石墨晶体的拉曼光谱出现了D峰。对于完美石墨,

1580cm-1的E2g光学模的拉曼峰强不依赖于拉曼实验中激发光偏振方向。对于无序石墨,E2g谱线在垂直和平行偏振配置下的强度不

同,说明石墨微晶的尺寸较小。


石墨烯

石墨烯一般出现三个峰D峰、G峰、2D峰,D峰和2D峰具有激发光能量依赖性,单层石墨烯的2D峰是尖锐单一的峰,2D峰起源于动量

相反的两个声子参与的双共振拉曼过程,在碳原子sp2杂化的材料中都会出现。石墨烯根据边缘的不同,具有不同的手性,根据D峰的

强度可以识别拉曼边缘的手性。


碳纳米管

如图是单根单壁碳纳米管的拉曼光谱,一个主要特征是位于160~300cm-1区间的呼吸振动模式,与全部碳原子在径向的对称运动相

关。有实验表面,径向呼吸振动模式的频率与单根碳纳米管的直径成反比。在碳纳米管形成管束时,由于被近邻纳米管施加的空间限

制,呼吸模式出现向高频方向6~20cm-1的偏移。在1250~1450cm-1区间所观察到的碳纳米管D峰与激发光能量之间有线性关系。


参考文献
[1] 安德里亚·卡罗·费拉里.从纳米管到金刚石:碳材料的拉曼光谱[M].北京:化学工业出版社,2007:135


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