拉曼光谱的原理及碳纳米材料中的应用幻灯片.ppt

1、激光拉曼光谱,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。,拉曼光谱是通过收集这些

2、散射的光线来获取样品信息的，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,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

3、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。 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

4、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。,常见碳材料,富勒烯（sp2）,碳纳米管（sp2）,金刚石（sp3）,石墨烯（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。,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。,R=ID/IG:两种特征峰的比值代表碳纳米管石墨化的程度