CM: Raman助力MXene结构与表面化学分析

【研究背景】

       许多不同种类的二维（2D）材料已经被广泛地通过拉曼（Raman）光谱进行研究，这种快速，无损伤且敏感的方法甚至可以表征许多2D材料的单片层。最好的例子就是石墨稀，其Raman特征峰大概在1355（D峰）和 1600 cm^-1（G峰），当使用绿激光时，可以观察到更高波数的2D峰。此外，可以在42 cm^-1处观察到源于层间耦合而产生的低频率碳震动模式。

      研究者们已经预测了Ti₃C₂T_x的单层晶格动力学性质，包括声子色散，部分声子态密度以及红外和拉曼震动。根据先前报道，我们已知晶格震动受表面官能团T_x影响，以及在电化学循环过程中如何匹配拉曼峰和=O，-OH和-O(OH)等官能团的变化。基于实验数据，MXene结构的计算模型需要考虑到O和OH的官能团共同存在的情况。我们需要知道，等离子特性会影响Ti₃C₂T_x的Raman光谱。当激光波长和等离子共振耦合时，Ti₃C₂T_x的共振峰出现在120 cm^-1左右。

【成果简介】

最近，美国德雷塞尔大学YuryGogotsi教授，在国际知名学术期刊Chemistry of Materials上发表题目为： Raman Spectroscopy Analysis of the Structure and Surface Chemistryof Ti₃C₂T_x MXene 的研究论文。论文使用了多波长Raman光谱研究了Ti₃C₂T_x并确定了受合成方法，材料状态（单片层，分散液，堆叠片层）以及插层分子的不同对Raman光谱的影响。

【图文导读】

图1. Ti₃C₂T_x的合成和Raman峰的匹配。

图2. 不同状态下MXene的Raman峰。

图3. Ti₃C₂T_x的震动模式受刻蚀溶液以及插层剂的影响。

图4.  激光波长对Raman光谱的影响。

图5. Raman光谱检测Ti₃C₂T_x膜的溶解

【本文总结】

 Raman光谱可以为表面化学，堆叠以及Ti₃C₂T_x的质量提供很多信息。Ti₃C₂T_x的震动主要包括E_g（平面内）和A_1g（平面外）峰，后者峰更尖锐更强。因为在~785 nm的等离子共振，Raman在这个波长下会更强，因此，使用这种激光的Raman光谱会更清晰，此时，Ti₃C₂T_x的共振峰在大概在120左右。Ti₃C₂T_x在100-800 cm^-1波长范围内的整个光谱可以分为四个部分：共振峰，Ti，C和O的A_1g平面外震动，表面官能团的震动区域以及碳震动区域。这些Raman特性会根据合成方法以及MXene纳米片的环境而变化。最明显的变化发生在平面外峰，该峰受表面官能团和纳米片堆叠影响。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c00359

信息来源：MXene Frontier