碳纳米管中手性指认和含量测定检测方案(激光拉曼光谱)

快速大面积拉曼成像用于硅基底表面单壁碳纳米管的手性指认和含量测定撰文：：张达奇 拉曼光谱学方法是一种无损、便捷的测试方式，是目前最广泛被用于基底表面碳管分析的谱学手段，但是在之前的绝大多数应用中，并未涉及到精确的碳管手性指认和含量分析问题。 单一结构手性的碳管在高性能的纳电子器件、生物成像等领域具有广阔的应用前景。因而如何可控地制备并表征碳管手性结构的均匀性已经成为研究者目前最为关注的问题之一。 令人振奋的是，北京大学化学与分子工程学院李彦教授-杨娟副教授团队近年来在碳管手性结构可控制备方面取得了突破性进展，在实验上获得了单一手性碳管高度富集的样品。针对此类样品，他们开发出基于拉曼光谱的碳管手性指认和含量测定方法。这其中 HORIBA 拉曼光谱仪又一次大显身手。 Wrbm-d关系式的得出 为了建立拉曼谱峰与碳管结构的对应关系，作者首先选择了低密度的硅基底表面碳管样品(2-6根/100 um²)!，以确保聚焦光斑测试范围内只有单根碳管的信号。使用HORIBA Aramis 拉曼光谱仪的自动 Mapping 功能测量碳管的G模和RBM模，可 以精确定位出单根碳管所在位置，并移动到相应位置采集得到高信噪比的光谱(如图1a)。 通过详细分析拉曼谱峰特征，作者建立了适用于硅基底上碳管的RBM 模振动频率(wrbm)与碳管直径(d)间的数学依赖关系。 图1L(a)四个硅基底上单单根管的拉曼光谱，展示了 RBM区间和G模区间，激发波长532 nm。(b)拟合 28个碳管的拉曼光谱数据得到的Wrbm-dh关系式。 手性含量定量方法的建立 由于单一激发波长只能共振激发很小比例的的管，为了获取更多不同手性性管的信息，作者使用了六个不同的激发波长对样品进行了测试，总计可以覆盖~85%的碳管手性。 在这里需要特别指出，通过使用 Duoscan 大光斑+自动平台扫描模式，可以在相对短的时间内获得较大面积的磁管统计结果。在经过校正碳管密度和共振激发比例后，得到样品中最为富集的手性(12，6)含量为93%，该数值与吸收光谱等手段测得的含量相吻合。 图2(a)1330个分布于193.5-198.5 cm-1范围内的 RBM 被指认为(12，6)。(b)样品中主要(n，m)的含量。 该方法的建立为单一手性性管制备提供了有力的表征工具，提出的wrbm-d关系式也为硅基底上碳管样品的直径测量提供了重要参考，可以让研究者更加精确地获得样品的直径分布和手性含量，从而推进手性结构可控制备等研究。 本工作使用的 Aramis 型拉曼光谱仪，最新替代型号为 Xplora Plus 和 LabRAM HREvolution 等拉曼光谱仪。 此项研究工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部、北京高等学校青年英才计划项目和北京市科学技术委员会的支持。 相关成果发表于《Nanoscale》上： DAQI ZHANG， JUAN YANG， FENG YANG， RUOMING LI， MEIHUILI， DONG JI， YAN LI， (N，M)ASSIGNMENTS AND QUANTIFICATION FOR SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES ONSIO2/SI SUBSTRATES BY RESONANT RAMAN SPECTROSCOPY.NANOSCALE， 7，10719-10727(2015). 相关背景还可参见作者撰写的综述文章： DAQI ZHANG， JUAN YANG， YAN LI.SPECTROSCOPIC CHARACTERIZATION OF THE CHIRALSTRUCTURE OF INDIVIDUAL SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES AND THE EDGESTRUCTURE OF ISOLATED GRAPHENENANORIBBONS. SMALL 9， 1284-1304(2013). >>>> 结合旗下具有近200多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术， HORIBA Scientific致力于为科研及工业用户提供最先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天 HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。 拉曼光谱学方法是一种无损、便捷的测试方式，是目前最广泛被用于基底表面碳管分析的谱学手段，但是在之前的绝大多数应用中，并未涉及到精确的碳管手性指认和含量分析问题。单一结构手性的碳管在高性能的纳电子器件、生物成像等领域具有广阔的应用前景。因而如何可控地制备并表征碳管手性结构的均匀性已经成为研究者目前最为关注的问题之一。令人振奋的是，北京大学化学与分子工程学院李彦教授-杨娟副教授团队近年来在碳管手性结构可控制备方面取得了突破性进展，在实验上获得了单一手性碳管高度富集的样品。针对此类样品，他们开发出基于拉曼光谱的碳管手性指认和含量测定方法。