《酸化碳纳米管 表面元素及化学态测量方法 X射线光电子能谱》征求意见稿

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

团体标准

T/CSTMXXXXX—202X

酸化碳纳米管表面元素及化学态分析方法

X射线光电子能谱

Methodsformeasurementofelementsandchemicalstatesonthesurfaceof

carbonnanotubesX-rayphotoelectronspectroscopy

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

T/CSTMXXXXX—2020

引言

本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到202211513334.X[获取碳材料表

面元素组成及化学态的方法]相关的专利的使用。

本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。

该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件

下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备。相关信息可以通过

以下联系方式获得：

专利持有人姓名：范燕,谭军,曹英杰,冯松浩

地址：528200广东省佛山市南海区桂城街道环岛南路28号

请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责

任。

1

T/CSTMXXXXX—2020

酸化碳纳米管表面元素及化学态分析方法X射线光电子能谱

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了一种XPS分析表征碳纳米管表面C元素及化学态分析的方法。

本文件适用于碳纳米管酸化改性XPS表征分析。

注：一旦扩展了适用范围，实验室应采用实验手段加以确认。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T33502-2017,表面化学分析X射线光电子能谱(XPS)数据记录与报告的规范要求

GB/T28894-2012,表面化学分析分析前样品的处理

GB/T30815-2014,表面化学分析分析样品的制备和安装方法指南

GBT22461-2008表面化学分析词汇

3术语和定义

“本文件没有需要界定的术语和定义。”

4引言

将碳纳米管进行酸化处理,可以增加碳纳米管的活性及去除杂质。混酸有氧化性,可以在碳纳米管表

面接上羟基、羧基等含氧极性基团,这样增加了碳纳米管在树脂中的分散性和结合力,所制得的复合材料

力学性能也有有很大提高。XPS广泛应用于碳材料尤其是碳纳米管XPS分析过程中，XPS数据分析主

观性强、sp2杂化态对应C1s谱峰峰形不对称以及各化学态对应峰位差异相对较小等因素是导致碳材料

XPS数据分析难度高的主要原因。由于缺少碳材料XPS定量分析方法规范，当前在进行碳材料XPS分

析过程中很容易对数据进行过度的主观性拟合，导致数据结果可信度较差。本文件以酸化前碳纳米管

C1s谱峰为参考，主要关注酸化前后碳材料各元素及化学态对应含量的变化；并通过对半峰宽限定以及

同一批次不同样品进行数据分析方法进行统一和规范，进一步解决XPS表征碳纳米管表面元素及化学

态定量的准确表征问题，为碳纳米管酸化改性工艺改进研究提供技术保障。

5仪器和设备

5.1X射线光电子能谱仪（XPS）

1

T/CSTMXXXXX—2020

6试剂和材料

6.1导电碳胶：双面带有导电碳粉、真空状态放气量少、具有粘附力的导电胶带

6.2医用剪刀、医用镊子

7样品

纯化前、后碳纳米管

8试验步骤后期需要进一步修订

8.1试样制备

酸化处理后碳纳米管样品制备工艺：

150ml浓度为98%硫酸加入圆底烧瓶并置于冰水浴中搅拌，然后滴加50ml浓度为68%的浓硝酸，加

入200mg原始碳纳米管至上述溶液中并搅拌，将圆底烧瓶置于80℃油浴中冷凝回流5h，待混合溶液冷却

后多次抽滤洗涤至PH≈7，烘干。

取出新鲜制备的原始碳纳米管和酸化碳纳米管粉末材料，快速压片并利用导电碳胶将其固定在样品

台上，放置于仪器进样室内进行预抽真空；待真空满足仪器传样要求后将其传送至分析室内。

8.2观察全扫谱图和各元素高分辨窄扫谱图确认改性前后样品所含元素及对应含量变化

8.3确认C1s所处化学态及对应含量变化

a、将改性前碳纳米管C1s谱峰峰进行拟合，确认其峰形拟合具体参数；

b、观察改性前后C1s对比谱图，确认C元素对应化学态的大致变化（如观察是否有明显的C-C、

C-O、C=O化学态的峰形的出现）；

c、以改性前C1s谱图作为参考谱图（将改性前碳纳米管具体峰形拟合参数进行套用），在此基础

上结合材料实际情况适当添加C-C、C-O、C=O化学态对应谱峰，对峰位、半峰宽参数进行适当控制后

自由拟合；观察改性处理后样品各化学态下C元素含量变化。

注：sp2杂化态下C1s谱图峰形结构不对称，采用改性前C1s谱图作为参考谱图时需要将谱峰形状进

行完全复制（如不对称拖尾、半峰宽），在此基础上进行其他化学态对应对称谱峰的添加。

8.4确认其他元素所处化学态及对应含量变化

观察改性前后样品除碳元素以外其他元素含量、峰位、峰形变化，结合材料实际情况对谱图进行分

峰拟合处理。

8.5验证各元素含量变化趋势及化学态匹配情况

对含C元素在内的各个元素对应化学态及其含量进行分析，确保通过各化学态下元素含量变化趋

势与样品实际情况保持一致

9精密度

2

T/CSTMXXXXX—2020

本文件的精密度已通过试验验证，精密度原始数据见附录B。

化学态含量，%重复性限，r再现性限，R

C1sC=C55.141.722.61

C1sC-C19.430.892.21

C1sC-O3.690.711.14

C1sC=O6.990.741.21

O1sC=O7.670.701.37

O1sC-O7.140.751.18

10试验报告

试验报告应当包括下列内容：

a）本标准编号；

b）试样名称、编号、状态和来源；

c）测试结果；

d）测试日期；

e）测定人员。

3

T/CSTMXXXXX—2020

附录A

（资料性）

碳纳米管的制备

150ml浓度为98%硫酸加入圆底烧瓶并置于冰水浴中搅拌，然后滴加50ml浓度为68%的浓硝酸，加入

200mg原始碳纳米管至上述溶液中并搅拌，将圆底烧瓶置于80℃油浴中冷凝回流5h，待混合溶液冷却后

多次抽滤洗涤至PH≈7，烘干。

4

T/CSTMXXXXX—2020

附录B

（资料性）

精密度原始数据

HNO3处理后碳纳米管各化学态对应元素相对原子百分含量（Atm%）为：

数组编号12345678

组内数据1212121212121212

编号

C1sC=C56.4055.1755.2854.3455.8555.7155.4956.0156.4053.4053.8454.3954.3754.2454.9256.39

C1sC-C20.6620.7319.5919.3718.0120.9918.4318.3220.6619.4918.9819.4418.9519.6018.9918.65

C1sC-O3.643.713.703.333.183.793.263.063.644.463.574.014.134.153.883.59

C1sC=O6.106.706.667.487.246.297.156.936.107.307.827.207.027.057.026.78

O1sC=O6.757.097.717.917.796.958.008.146.757.958.257.948.197.698.007.63

O1sC-O6.446.607.077.577.926.277.677.536.447.407.547.027.347.277.196.96

5

T/CSTMXXXXX—2020

附录C

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：季华实验室、中国科学院上海硅酸盐研究所、广东工业大学

本文件主要起草人：范燕、卓尚军、李林清、严楷、曹英杰、谭晓逸、张滨、谭军

6

T/CSTMXXXXX—2020

参考文献

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_________________________________

8

T/CSTMXXXXX—2020

前  言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，GB/T20001.4

《标准编写规则第4部分：试验方法标准》给出的规则起草。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会科学试验领域委员会（CSTM/FC98）提出。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会科学试验领域技术委员会（CSTM/FC98/TC02）归口。

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酸化碳纳米管表面元素及化学态分析方法X射线光电子能谱

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了一种XPS分析表征碳纳米管表面C元素及化学态分析的方法。

本文件适用于碳纳米管酸化改性XPS表征分析。

注：一旦扩展了适用范围，实验室应采用实验手段加以确认。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T33502-2017,表面化学分析X射线光电子能谱(XPS)数据记录与报告的规范要求

GB/T28894-2012,表面化学分析分析前样品的处理

GB/T30815-2014,表面化学分析分析样品的制备和安装方法指南

GBT22461-2008表面化学分析词汇

3术语和定义

“本文件没有需要界定的术语和定义。”

4引言

将碳纳米管进行酸化处理,可以增加碳纳米管的活性及去除杂质。混酸有氧化性,可以在碳纳米管表

面接上羟基、羧基等含氧极性基团,这样增加了碳纳米管在树脂中的分散性和结合力,所制得的复合材料

力学性能也有有很大提高。XPS广泛应用于碳材料尤其是碳纳米管XPS分析过程中，XPS数据分析主

观性强、sp2杂化