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单壁碳纳米管等富勒烯纳米材料的光谱学特性研究

2020-12-02阅读(821)

单壁碳纳米管等富勒烯纳米材料的光谱学特性研究

论文摘要

单壁碳纳米管（SWCNTs）具有许多特殊的力学和电学性能,可应用于诸多领域,是当前纳米材料研究的热点之一。自从1991年Iijima发现碳纳米管以来,有关SWCNTs的制备以及结构检测等方面的工作受到了极大的关注。1985年英国人Kroto和Smalley等人在实验中发现了C60分子。C60及其家族分子以其无以伦比的结构和独特的物理和化学性质为科学家们在光学、半导体及超导微电子等方面开辟了一个全新的而广阔的研究领域。近年来富勒烯材料的研究受到了越来越广泛的关注。拉曼散射是研究富勒烯材料的有力手段之一,对了解碳纳米管的结构及其物理内涵,对研究C60等富勒烯材料的吸附行为都具有重要作用。表面增强散射（SERS）具有较拉曼散射更高的灵敏度。利用表面增强散射研究单壁碳纳米管、C60等富勒烯材料,能够得到更高质量的拉曼散射谱,能够了解碳纳米管更精细的结构及C60薄膜材料的性能,对富勒烯材料的研究有着重要的意义。本文主要进行了以下几个方面的工作:1、用Mo、Ni双金属催化剂制备SWCNTs。通过对不同温度下制备的样品的TEM以及拉曼光谱研究发现,反应温度为850℃时可制得较高质量的SWCNTs。2、通过改进实验方法,在沉积金纳米颗粒的粗糙银电极上得到了高质量的SWCNTs的SERS光谱,不但其所有的拉曼峰在其SERS光谱中出现,并得到普遍增强,而且在1100-1500 cm-1范围内也出现了一组表征SWCNTs的结构缺陷和管壁残留碳纳米颗粒结构的的新峰。在沉积银纳米颗粒的粗糙银电极上我们也得到了相似的结果。实验结果和理论分析表明该体系能够全面、细致的反映出SWCNTs的结构缺陷和管壁残留碳纳米颗粒的拉曼信息,也为研究SWCNTs与金/银纳米颗粒的相互作用提供了途径。3、通过对“金纳米颗粒/C60/金膜”体系中有序和无序C60薄膜的SERS光谱,发现这一体系有利于C60分子吸附稳定,由于体系中C60分子对称性的降低、简正模式的分裂,从而表现出更多的分子振动谱带的信息。这一SERS体系作为一种新的SERS基底,对于阐述吸附富勒烯分子与表面的相互作用,及吸附特征,实现振动模式、界面特性和分子光谱精细结构的现场研究,进而进一步揭示富勒烯薄膜的特性提供一套新的思路。4、通过热解的方法,在ITO表面获得了纯净的银膜。通过热解的方法不仅可以避免溶剂带来的影响,而且可以方便的调节银膜的尺寸。我们用对羟基苯甲酸（PHBA）分子作为探针分子研究了这一基底的SERS活性,在覆银ITO表面、银纳米颗粒/PHBA/银膜体系中获得了高质量的SERS光谱。实验结果表明:通过这一方法可以方便的研究样品分子的振动结构、物理特性、吸附行为及分子与表面之间的相互作用。这一基底有望应用于碳纳米管等富勒烯材料及其它纳米材料的SERS光谱研究。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 综述部分
  • 60等富勒烯材料简介'>第一章 碳纳米管、C60等富勒烯材料简介
  • 1.1 纳米材料简介
  • 60等富勒烯材料的发现'>1.2 碳纳米管、C60等富勒烯材料的发现
  • 60的发现'>1.2.1 C60的发现
  • 1.2.2 碳纳米管的发现
  • 60等富勒烯材料的结构'>1.3 碳纳米管、C60等富勒烯材料的结构
  • 60的结构'>1.3.1 C60的结构
  • 1.3.2 碳纳米管的结构
  • 60等富勒烯材料的特性及应用'>1.4 碳纳米管、C60等富勒烯材料的特性及应用
  • 1.4.1 碳纳米管的特性及应用
  • 60的特性及应用'>1.4.2 C60的特性及应用
  • 参考文献
  • 第二章 单壁碳纳米管等富勒烯材料的拉曼光谱研究
  • 2.1 拉曼散射和表面增强拉曼散射简介
  • 2.1.1 拉曼散射的发现历史
  • 2.1.2 拉曼散射理论
  • 2.1.3 拉曼光谱法的特点
  • 2.1.4 表面增强拉曼散射简介
  • 2.1.5 表面增强拉曼散射的应用
  • 2.1.6 SERS 基底研究概况
  • 2.2 单壁碳纳米管（SWCNTs）的拉曼光谱研究
  • 2.2.1 SWCNTs 的正常拉曼光谱
  • 2.2.2 SWCNTs 的表面增强拉曼光谱
  • 60的拉曼光谱研究'>2.3 C60的拉曼光谱研究
  • 参考文献
  • 实验与研究部分
  • 第一章 单壁碳纳米管的制备
  • 1.1 制备装置介绍
  • 1.2 用Mo-Ni双金属催化剂制备SWCNTs
  • 1.2.1 催化剂的制备
  • 1.2.2 单壁碳纳米管的制备和提纯
  • 1.3 样品的表征
  • 1.4 结论
  • 参考文献
  • 第二章 修饰银电极上 SWCNTs 的表面增强拉曼散射
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验
  • 2.2.1 银胶体系的制备
  • 2.2.2 银电极的预处理
  • 2.2.3 SWCNTs 的 SERS 样品制备
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.4 结论
  • 参考文献
  • 60薄膜的SERS光谱比较'>第三章 有序和无序C60薄膜的SERS光谱比较
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验
  • 3.2.1 金胶体系的制备
  • 605ERS样品的制备'>3.2.2 C605ERS样品的制备
  • 3.2.3 仪器
  • 3.3 结果与讨论
  • 60/金膜”体系中无序C60薄膜SERS光谱研究'>3.3.1 “金纳米颗粒/C60/金膜”体系中无序C60薄膜SERS光谱研究
  • 60/金膜”体系中有序C60LB薄膜SERS光谱研究'>3.3.2 “金纳米颗粒/C60/金膜”体系中有序C60LB薄膜SERS光谱研究
  • 3.4 结论
  • 参考文献
  • 3基底上分子的SERS光谱研究'>第四章 热解AgNO3基底上分子的SERS光谱研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验
  • 4.2.1 银胶体系的制备
  • 4.2.2 SERS 样品的制备
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 覆银滤纸和覆银ITO 玻璃表面 PHBA 分子的吸附行为
  • 4.3.2 银纳米颗粒/PHBA/银膜体系中 PHBA 分子的吸附行为
  • 4.4 结论
  • 参考文献
  • 富勒烯纳米材料光谱学特性研究展望
  • 附录：攻读硕士期间论文发表情况
  • 致谢

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