Рентгеноспектральное исследование электронной структуры фторированных углеродных нанотрубок

• Автор: Федосеева, Юлия Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 195 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Введение в ГЛАВУ 1.

1.2 Электронное строение УНТ.

1.2.1 РФЭС спектры УНТ.

1.2.2 РФС спектры УНТ

1.2.3 ХАЫЕБ спектры УНТ

1.3 Моделирование рентгеновских спектров УНТ.

1.3.1 Моделирование РФЭС спектров УНТ

1.3.2 Моделирование РФС спектров УНТ.

1.3.3 Моделирование ХАЫЕБ спектров УН Т
1.4 Электронное строение фторированных УНТ.
1.4.1 РФЭС спектры фторированных УНТ.
1.4.1.1 ОУТ, фторированные молекулярным фтором
1.4.1.2 МУНТ и ДУНТ, фторированные
молекулярным фтором.
1.4.1.3 УНТ, фторированные СР4плазмой
1.4.1.4 УНТ, фторированные трифторидом брома
1.4.1.5 УНТ, фторированные другими методами.
1.4.2 РФЭС спектры валентной полосы
фторированных УНТ
1.4.3 РФС спектры фторированных УНТ
1.4.4 ХАХЕБ спектры фторированных УНТ
1.5 Моделирование рентгеновских спектров фторированных УНТ.
1.5.1 Квантовохимические расчты электронной структуры и энергетических характеристик фторированных УНТ.
1.5.2 Моделирование РФЭС спекгров фторированных УНТ
1.5.3 Моделирование РФС спектров фторированных УНТ.
1.5.4 Моделирование ХАИЕБ спектров фторированных УНТ.
Заключение к ГЛАВЕ 1
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1 Синтез образцов и методы их характеризации
2.1.1 Синтез соединений фуллерена Со и фторированных УНТ
2.1.2 Модификация образцов фторированных УНТ
2.1.2.1 Отжиг фторированных ДУНТ и ОУНТ
2.1.2.2 Ионная бомбардировка фторированных ОУНТ
2.1.3 Методы характеризации образцов
2.1.3.1 Просвечивающая электронная микроскопия.
2.1.3.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния света
2.1.3.3 Инфракрасная спектроскопия.
2.1.3.4 Термогравиметрический анализ.
2.2 Рентгеиоспектральное исследование образцов.
2.2.1 Измерение и обработка РФЭС спектров.
2.2.2 Измерение и обработка РФС спектров
2.2.3 Измерение и обработка ХАИЕБ спектров
2.2.4 Рентгеновские спектры графита.
2.3 Квантовохимическое моделирование
рентгеновских спектров.
2.3.1 Детали квантовохимических расчтов.
2.3.2 Построение теоретических рентгеновских спектров.
2.3.3. Выбор метода и базиса расчта
2.3.4 Моделирование РФС спектров хлорида фуллерена ОСС1з
и фторида фуллерена 7, СбоЕ
2.3.5. Моделирование ХАИВД спектров фуллерена Ся и хлорида
фуллерена АгСбоС1зо.
Заключение к ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФТОРИРОВАННЫХ УНТ
3.1 Электронное строение фторированных ДУНТ, полученных с использованием разных методов фторирования.
3.2 Влияние помола ОУНТ и МУНТ на их реакционную
способность
3.3 Изменение электронной структуры фторированных УНТ
при отжиге.
3.3.1 Отжиг фторированных ДУНТ
3.3.2 Отжиг фторированных ОУИТ
3.4 Изменение электронной структуры фторированных ОУНТ
в результате бомбардировки ионами Аг
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


РФЭС спектроскопия является наиболее распространнным методом поверхностного анализа вещества. Однако в случае УНТ, состоящих из одного или нескольких углеродных слоев атомарной толщины, РФЭС спектроскопия перестает быть поверхностным методом исследования. Использование РФЭС спектроскопии в качестве аналитического метода позволяет определять элементный и химический сослав вещества. Из обзорного спектра, снятого в широком диапазоне сканирования, оценивают наличие примесей в образце, содержащем УНТ, таких как адсорбированный кислород и частицы катализатора , . Анализ спектра внутренних С Нлиний обычно используют для определения степени дефектности УНТ и установления природы функциональных групп на поверхности УНТ. РФЭС С спектр графита представлен асимметричной линией при 4,6 эВ и плазмоном тгл переход, сдвинутым относительно основного максимума на 5гб эВ в сторону больших энергий связи . В работе наблюдалось уменьшение энергии связи С Ьэлсктронов МУНТ на 0,3 эВ по сравнению со спектром графита, что было связано с образованием более слабых СС связей в результате формирования стенок УНТ графитовых слоев с большой кривизной поверхности. Однако высокая концентрация дефектов топологические и висячие связи на концах УНТ приводила к сдвигу основного максимума С спектра в сторону больших энергий связи . Например, сдвиг на 0,2 эВ в сторону больших энергий связи наблюдался для С спектра, измеренного с края массива ориентированных МУНТ участка, где локализованы концы УНТ, относительно спектра, измеренного со средней части образца . Сравнение С Ьспсктров массива ориентированных МУНТ и МУНТ без выделенной ориентации показало сдвиг спскчра ориентированных МУНТ в сторону больших энергий связи на 0,1 эВ . В данной работе было предположено, что валентные электроны, расположенные на среднем участке и на концах трубы, в силу различной степени делокализации, в различной степени экранируют рентгеновскую дырку на остовном уровне. ОУНТ, показало, что энергия основного максимума С спектра металлических ОУНТ выше на 0, эВ, кроме того спектр имеет более асимметричную форму и меньшее значение ширины. Данные различия в спектрах также были связаны с различной экранировкой дырки на остовном уровне и различнием в химических потенциалов металлических и полупроводниковых ОУНТ . Для РФЭС С спектров, представленных в литературных источниках, энергетическое положение основного максимума лежит в интервале 4,3г5 эВ. Ширина на полувысотс С Ьспсктра является еще одним параметром, чувствительным к строению УНТ. Естественная ширина линии графита Г равна 0, эВ, что в 4 раза больше чем для атома углерода . Дополнительный вклад в ширину рентгеновского спектра вносят приборное уширение, колебательные состояния и структурная неэквивалентность атомов в веществе. Экспериментальное значение ширины основного максимума С спектра графита составляет около 0,2М,4 эВ . Значения для С спектров УНТ, представленные в литературных источниках, лежат в диапазоне от 0,4 до 2 эВ. Такой разброс значений определяется многообразием УНТ, получающихся в различных методах синтеза. УНТ имеют различную структуру, количество дефектов и примесей. Образец, полученный в результате одного синтеза, как правило, состоит из набора УНТ, которые могут различаться по числу слоев, диаметру и количеству дефектов. В работе было показано, что в результате неоднородности образца, содержащего МУНТ, РФЭС С Нспектры, измеренные с четырх различных участков образца существенно различаются. В, а ширина от 0, до 0, эВ ширина С Пспектра 1рафита равна 0, эВ. Данные различия в спектрах объяснялись различным временем жизни рентгеновской дырки, влиянием структурных дефектов, возбуждением колебательных состояний и наличием поверхностных состояний, для которых ожидается сдвиг внутренних возбужденных уровней. В высокоэнергетической области спекгра выделяют вклад дефектных состояний углерода р3гибридизованный углерод при 5,0г5,5 эВ , , , кислородсодержащих групп в области энергий 6,0ч8,5 эВ , атомов углерода, образующих СН связь, при 5,9 эВ .