[论文解读] Double resonance Raman study of disorder in CVD-grown single-walled carbon nanotubes

Rahul Rao, Jason Reppert+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2010

Carbon Nanotubes in Composites参考文献 30被引用 3

一句话总结

本研究通过多激发波长拉曼光谱技术，研究了化学气相沉积（CVD）生长的单壁碳纳米管（SWNTs）中的结构缺陷。通过调节铁催化剂中的硫掺杂量，研究人员实现了对晶格缺陷的可控诱导，并观察到D带强度随硫含量降低而增加；后合成退火处理显著降低了缺陷相关的拉曼信号，证实了通过淬灭双共振拉曼过程实现缺陷修复。

ABSTRACT

Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with varying degrees of disorder were investigated using multiple-excitation Raman spectroscopy. The lattice disorder was imparted into the nanotubes by the addition of varying amounts of sulfur to the iron catalyst in a thermal chemical vapor deposition process. Changes in the intensities of peaks occurring due to a double resonance Raman process were studied. The intensity of the disorder-induced D band increased with a decrease in the sulfur content. Upon post-synthesis heat treatment, the double resonance process got quenched due to defect healing. The second order G' band and iTOLA bands exhibited a two-peak structure, of which one of the peaks is relatively more sensitive to defects and decreased in intensity with heat treatment.

研究动机与目标

• 研究可控晶格缺陷对CVD生长单壁碳纳米管拉曼响应的影响。
• 理解铁催化剂中硫掺杂在SWNTs合成过程中对缺陷形成的影响。
• 研究在缺陷浓度变化条件下，双共振拉曼特征（尤其是D带和二阶G'带）的演变行为。
• 评估后合成热处理在修复晶格缺陷和恢复结构有序性方面的有效性。

提出的方法

• 采用多激发波长拉曼光谱技术，探测具有不同程度缺陷的SWNTs中的双共振拉曼过程。
• 在热CVD生长过程中向铁催化剂中引入硫，系统调节晶格缺陷水平。
• 通过不同激发能量采集拉曼光谱，分析D带和二阶G'带的强度与形状变化。
• 应用后合成退火处理以评估缺陷修复效果，并随时间监测拉曼特征的变化。
• 将D带和G'带组分的强度变化与缺陷浓度及结构有序性相关联。
• 分析iTOLA（晶格非谐性的中间转变）带对结构缺陷的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 铁催化剂中的硫掺杂如何影响CVD生长SWNTs中晶格缺陷的程度？
• RQ2 缺陷诱导的D带强度与催化剂中硫含量之间存在何种关系？
• RQ3 随着缺陷浓度增加，二阶G'带和iTOLA带如何响应？
• RQ4 后合成热处理在多大程度上可逆转SWNTs中缺陷相关的拉曼信号？
• RQ5 哪些拉曼特征在热退火后结构修复过程中最为敏感？

主要发现

• 随着催化剂中硫含量降低，缺陷诱导的D带强度增加，表明低硫条件下缺陷浓度更高。
• 后合成热处理显著降低了D带强度，证实了通过结构重排实现晶格缺陷的修复。
• 二阶G'带呈现双峰结构，其中一 componente对缺陷更敏感，并在退火后强度下降。
• iTOLA带也表现出与缺陷相关的强度变化，支持其作为晶格非谐性和缺陷探测工具的作用。
• 退火后，双共振拉曼过程被有效淬灭，表明纳米管中结构有序性得到恢复。
• 结果表明，硫掺杂为调控CVD生长SWNTs中的缺陷水平提供了一种可调方法，且拉曼光谱可作为缺陷动力学的灵敏探测手段。