撰文:張達奇

拉曼光譜學方法是一種無損、便捷的測試方式，是目前zui廣泛被用于基底表面碳管分析的譜學手段，但是在之前的絕大多數應用中，并未涉及到的碳管手性指認和含量分析問題。

單一結構手性的碳管在高性能的納電子器件、生物成像等領域具有廣闊的應用前景。因而如何可控地制備并表征碳管手性結構的均勻性已經成為研究者目前zui為關注的問題之一。

令人振奮的是，北京大學化學與分子工程學院李彥教授-楊娟副教授團隊近年來在碳管手性結構可控制備方面取得了突破性進展，在實驗上獲得了單一手性碳管高度富集的樣品。針對此類樣品，他們開發出基于拉曼光譜的碳管手性指認和含量測定方法。

這其中HORIBA拉曼光譜儀又一次大顯身手。

ω_RBM-d_t關系式的得出 

為了建立拉曼譜峰與碳管結構的對應關系，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），以確保聚焦光斑測試范圍內只有單根碳管的信號。使用HORIBA Aramis拉曼光譜儀的自動mapping功能測量碳管的G模和RBM模，可以定位出單根碳管所在位置，并移動到相應位置采集得到高信噪比的光譜（如圖1a）。

通過詳細分析拉曼譜峰特征，作者建立了適用于硅基底上碳管的RBM模振動頻率（ω_RBM）與碳管直徑（d_t）間的數學依賴關系。

圖1 （a）四個硅基底上單根碳管的拉曼光譜，展示了RBM區間和G模區間，激發波長532 nm。（b）擬合28個碳管的拉曼光譜數據得到的ω_RBM-d_t關系式。

手性含量定量方法的建立

由于單一激發波長只能共振激發很小比例的碳管，為了獲取更多不同手性碳管的信息，作者使用了六個不同的激發波長對樣品進行了測試，總計可以覆蓋~85%的碳管手性。

在這里需要特別指出，通過使用Duoscan大光斑+自動平臺掃描模式，可以在相對短的時間內獲得較大面積的碳管統計結果。在經過校正碳管密度和共振激發比例后，得到樣品中zui為富集的手性（12,6）含量為93%，該數值與吸收光譜等手段測得的含量相吻合。

圖2 （a）1330個分布于193.5–198.5 cm-1范圍內的RBM被指認為（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關系式也為硅基底上碳管樣品的直徑測量提供了重要參考，可以讓研究者更加地獲得樣品的直徑分布和手性含量，從而推進手性結構可控制備等研究。 

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

此項研究工作得到了國家自然科學基金委員會、科技部、北京高等學校青年英才計劃項目和北京市科學技術委員會的支持。

相關成果發表于《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).

相關背景還可參見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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