單壁碳納米管在Li離子電池中的行為變化及相關(guān)問題的拉曼光譜研究.pdf

1、碳納米管是一種人工合成的準(zhǔn)一維量子材料，它的出現(xiàn)不僅豐富了人們對(duì)碳這一自然界中最為尋常的元素的認(rèn)識(shí)，也為開展低維材料的基礎(chǔ)研究打開了方便之門。因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，及在力學(xué)、電學(xué)等方面的優(yōu)異性能，在納米電子器件、功能材料以及燃料電池等各個(gè)領(lǐng)域都引起了人們的廣泛關(guān)注。 拉曼散射技術(shù)是研究碳納米管的有力手段之一，它對(duì)于了解碳納米管的結(jié)構(gòu)及其物理內(nèi)涵具有重要的作用。尤其是原位拉曼光譜技術(shù)可以讓我們在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程中獲得關(guān)于樣品的即時(shí)光譜

2、信息。以此為出發(fā)點(diǎn)，本文希望通過借助于原位拉曼檢測的手段，更進(jìn)一步地了解碳納米管的性質(zhì)以及它隨周圍環(huán)境條件變化的作用機(jī)制。 全文共分為六章。第一章緒論部分簡要概述了碳納米管的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及幾種基本的制備技術(shù)。 在第二章中，首先簡述了碳納米管的純化原理以及幾種基本的純化方法。然后，針對(duì)我們的碳納米管樣品中含有過多金屬催化劑顆粒的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以超聲振蕩酸化處理為主，輔以氣相氧化的純化方法。通過純化獲得了管徑分布更為集中

3、的單壁碳納米管樣品。最后，對(duì)純化過程可能對(duì)單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行了分析。 在第三章中，我們主要研究了單壁碳納米管的拉曼光譜及其譜線對(duì)周圍環(huán)境條件的依賴關(guān)系。通過對(duì)碳的幾種同素異型體的拉曼光譜的比較，我們發(fā)現(xiàn)它們的特征譜線具有明顯的拉曼頻移，而這主要?dú)w因于石墨層的卷曲以及曲率的變化。在不同的激發(fā)波長下，由于共振的影響，SWNT(the single-walled carbon nanotubes)的特征峰發(fā)生了明顯的位移

4、，并且，在457.5 nm激發(fā)光下獲得了質(zhì)量很高的SWNT的三階拉曼光譜。對(duì)于不同基質(zhì)材料上SWNT薄膜拉曼光譜的不同，我們歸因于材料導(dǎo)熱性能的差異，而其本質(zhì)是與碳納米管跟溫度的依賴性有關(guān)的，對(duì)此，我們在對(duì)不同基底上的SWNT薄膜進(jìn)行變功率測試時(shí)進(jìn)行了解釋。 在第四章中，我們從電化學(xué)的角度出發(fā)研究了銀電極上SWNT薄膜隨電位變化的拉曼光譜。在電位的循環(huán)過程中，SWNT拉曼光譜的變化表現(xiàn)出一定的可逆性，但是這種可逆性隨電壓具有相對(duì)

5、滯后的特點(diǎn)。 第五章則主要通過原位拉曼檢測的手段，并借助于光學(xué)窗口模擬電池，對(duì)SWNT在Li離子電池充放電過程中的行為變化進(jìn)行了原位檢測。在該過程中SWNT的變化是一個(gè)部分可逆過程，光譜中不可逆的變化對(duì)應(yīng)了SWNT在第一周充放電過程中不可逆容量的存在。隨著充放電過程的深入，光譜變化的速率漸緩。 為了熟練對(duì)DFT(density functional theory)理論的應(yīng)用，并深化對(duì)SERs(surface enhanc