撰文:張達(dá)奇

拉曼光譜學(xué)方法是一種無(wú)損、便捷的測(cè)試方式，是目前zui廣泛被用于基底表面碳管分析的譜學(xué)手段，但是在之前的絕大多數(shù)應(yīng)用中，并未涉及到的碳管手性指認(rèn)和含量分析問(wèn)題。

單一結(jié)構(gòu)手性的碳管在高性能的納電子器件、生物成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因而如何可控地制備并表征碳管手性結(jié)構(gòu)的均勻性已經(jīng)成為研究者目前zui為關(guān)注的問(wèn)題之一。

令人振奮的是，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院李彥教授-楊娟副教授團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在碳管手性結(jié)構(gòu)可控制備方面取得了突破性進(jìn)展，在實(shí)驗(yàn)上獲得了單一手性碳管高度富集的樣品。針對(duì)此類樣品，他們開(kāi)發(fā)出基于拉曼光譜的碳管手性指認(rèn)和含量測(cè)定方法。

這其中HORIBA拉曼光譜儀又一次大顯身手。

ω_RBM-d_t關(guān)系式的得出 

為了建立拉曼譜峰與碳管結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，作者首先選擇了低密度的硅基底表面碳管樣品（2-6根/100 μm²），以確保聚焦光斑測(cè)試范圍內(nèi)只有單根碳管的信號(hào)。使用HORIBA Aramis拉曼光譜儀的自動(dòng)mapping功能測(cè)量碳管的G模和RBM模，可以定位出單根碳管所在位置，并移動(dòng)到相應(yīng)位置采集得到高信噪比的光譜（如圖1a）。

通過(guò)詳細(xì)分析拉曼譜峰特征，作者建立了適用于硅基底上碳管的RBM模振動(dòng)頻率（ω_RBM）與碳管直徑（d_t）間的數(shù)學(xué)依賴關(guān)系。

圖1 （a）四個(gè)硅基底上單根碳管的拉曼光譜，展示了RBM區(qū)間和G模區(qū)間，激發(fā)波長(zhǎng)532 nm。（b）擬合28個(gè)碳管的拉曼光譜數(shù)據(jù)得到的ω_RBM-d_t關(guān)系式。

手性含量定量方法的建立

由于單一激發(fā)波長(zhǎng)只能共振激發(fā)很小比例的碳管，為了獲取更多不同手性碳管的信息，作者使用了六個(gè)不同的激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)樣品進(jìn)行了測(cè)試，總計(jì)可以覆蓋~85%的碳管手性。

在這里需要特別指出，通過(guò)使用Duoscan大光斑+自動(dòng)平臺(tái)掃描模式，可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)獲得較大面積的碳管統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在經(jīng)過(guò)校正碳管密度和共振激發(fā)比例后，得到樣品中zui為富集的手性（12,6）含量為93%，該數(shù)值與吸收光譜等手段測(cè)得的含量相吻合。

圖2 （a）1330個(gè)分布于193.5–198.5 cm-1范圍內(nèi)的RBM被指認(rèn)為（12,6）。（b）樣品中主要（n,m）的含量。

該方法的建立為單一手性碳管制備提供了有力的表征工具，提出的ω_RBM-d_t關(guān)系式也為硅基底上碳管樣品的直徑測(cè)量提供了重要參考，可以讓研究者更加地獲得樣品的直徑分布和手性含量，從而推進(jìn)手性結(jié)構(gòu)可控制備等研究。 

本工作使用的Aramis型拉曼光譜儀，替代型號(hào)為XploRA Plus和LabRAM HR Evolution等拉曼光譜儀。氣候變暖。

此項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部、北京高等學(xué)校青年英才計(jì)劃項(xiàng)目和北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的支持。

相關(guān)成果發(fā)表于《Nanoscale》上：

Daqi Zhang, Juan Yang, Feng Yang, Ruoming Li, Meihui Li, Dong Ji, Yan Li, (n,m) Assignments and Quantification for Single-Walled Carbon Nanotubes on SiO2/Si Substrates by Resonant Raman Spectroscopy. Nanoscale, 7, 10719-10727 (2015).

相關(guān)背景還可參見(jiàn)作者撰寫的綜述文章：

Daqi Zhang, Juan Yang, Yan Li. Spectroscopic Characterization of the Chiral Structure of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes and the Edge Structure of Isolated GrapheneNanoribbons. Small 9, 1284-1304 (2013).

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