拉曼光谱的原理及碳纳米材料中的应用

目录

拉曼光谱简介 拉曼光谱原理 拉曼光谱的使用范围



碳纳米管拉曼光谱
拉曼光谱简介
红外 VS 拉曼
红外光谱和拉曼光谱统称为振动光谱。
红外光谱为吸收光谱；拉曼光谱为散射光谱。 红外光谱——红外活性——永久偶极矩变化——极性基团信息 拉曼光谱——拉曼活性——诱导偶极矩变化——分子骨架信息 非对称振动产生强的红外吸收；对称振动产生显著的拉曼谱带。
拉曼光谱的原理
弹性碰撞——非弹性碰撞 瑞利散射——拉曼散射
斯托克斯线——反斯托克斯线
拉曼位移 极化度——诱导偶极矩
拉曼光谱的原理
一频率为v0的入射光
照射到样品上，绝大 部分可以透过，大于
波长为v0
0.1%碰撞，散射
哦有0.1%的入射光光
子与样品发生碰撞后 向各个方向散射。
气体、液体、透明晶体
99.9%
R=ID/IG:两种特征峰的比值
代表碳纳米管石墨化的程度 R值越大，石墨化程度越小。
R值越小，石墨化程度越大，
即有序结构越大。
多壁碳纳米管改性后Raman光谱的ID/IG由原来的0.9增加到1.41，1.43。
R值变大了，说明表面处理后，碳纳米管的表面负载上了功能集团 ，破坏了原先的有序结构。
That is all.
拉曼光谱是通过收集这些散射的光线来Baidu Nhomakorabea取样品信息的，因此又称为散射光谱。
拉曼光谱原理
瑞利散射：发生弹性碰
撞后散射，即碰撞后的
射线波长没有改变。 拉曼散射：发生非弹性
碰撞，即碰撞后的射线
波长发生改变。
斯托克斯线：拉曼散射中，波长减小的线。v=v0-vk
反斯托克斯线：拉曼散射中，波长增加的线。v=v0+vk
根据波尔兹曼定律，在常温下处于基态的分子比处于激发态的分子数多， 遵守波尔兹曼分布，因此斯托克斯线的强度要高于反斯托克斯线的强度。 通常我们只测斯托克斯线。
拉曼光谱使用范围

拉曼活性
拉曼活性取决与物质分子在振动中极化率是否变化，只有极化率有变化 的振动才有拉曼活性。 拉曼散射的强度与极化率成正比。 极化率：在电场作用下，分子中原子在通过平衡位置前后电子云的变形 程度。 拉曼活性与红外活性比较： 红外活性是对应着分子振动时偶极矩的变化；拉曼活性对应着分子振 动时极化率的变化。 高对称的振动是拉曼活性的；高度非对称的振动是红外活性的。见图
拉曼光谱使用范围
在v1中，偶极矩不变，无红外活性，电子云形状变了，有拉曼活性。 v2v3v4中均有偶极矩的变化，所以具有红外活性，在平衡位置前后，电 子云形状相同，因此无拉曼活性。
拉曼光谱特点

拉曼光谱=瑞利散射＋拉曼散射
拉曼光谱的特点
a.光谱图横坐标为拉曼频率，用波数表示，纵坐标为谱带强度。
b.拉曼位移的波长在中红外区（40-4000cm-1） c.具有红外及拉曼活性的分子，同一振动方式产生的拉曼位移频率（波数） 和红外吸收频率波数相似。 d.低波数段测定容易，弥补了红外光谱的远红外区的不足。
拉曼光谱原理
斯托克斯线和反斯托克斯线与瑞利散射之间的差值为-vk和vk，数值相等符号相反， 因此，拉曼谱线对称的分布在瑞利线的两侧。
拉曼位移：斯托克斯线和反斯托克斯线与入射线频率的差值 因此对于同一分子能级，斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼位移应该是相等的。
拉曼光谱原理
拉曼位移的大小与入射光频率无关，只与分子振动能级的改变有关，其 值取决于物质分子振动激发态与振动基态的能级差。 △v=△E/h 因此△v是特征值。
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常见碳材料
金刚石（sp3）
石墨烯（sp2）
碳纳米管（sp2）
富勒烯（sp2）
单壁碳纳米管的拉曼光谱
主要峰值： RMB（100-400cm-1）：表征碳纳米管的直径 D（1340）：碳纳米管中的结构缺陷 G（1572）：sp2结构的特征峰 G'（2659）：缺陷的程度 单壁碳纳米管主要由sp2键组成，有些缺陷（D波段） 呼吸模式（RMB），与碳管收缩振动有关系，表征碳管直径。