干货分享 | 拉曼光谱Raman表征石墨烯可以得到哪些信息?

作为近年来科学研究界的“宠儿”，石墨烯拥有独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，应用前景广阔，由此，运用科学的技术和手段对于石墨烯进行精准检测分析，凸显其在基础研究中的价值并发挥重要作用。

今天为大家介绍拉曼光谱表征石墨烯可以得到的信息。

Raman光谱表征石墨烯的完美优势

对于石墨烯的研究者来说，确定其层数以及量化无序性是至关重要的。显微拉曼光谱恰好就是表征上述两种性能的标准理想分析工具。石墨烯的典型拉曼光谱图如图所示：

石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面内振动引起的，它出现在1580cm^-1附近，该峰能有效反映石墨烯的层数，但极易受应力影响。

G’峰，也被称为2D峰，是双声子共振二阶拉曼峰，用于表征石墨烯样品中碳原子的层间堆垛方式，它的出峰频率也受激光波长影响。举例来说，上图为514.5nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图。其对应的特征峰分别位于1582cm^-1附近的G峰和位于2700cm^-1左右的G’峰，如果石墨烯的边缘较多或者含有缺陷，还会出现位于1350cm^-1左右的D峰，以及位于1620cm^-1附近的D’峰。单层石墨烯的G’峰尖锐而对称，并具有完美的单洛伦兹峰型。单层石墨烯的G’峰强度大于G峰，且随着层数的增加，G’峰的半峰宽逐渐增大且向高波数位移(蓝移) 。

如何判断石墨烯的质量？

拉曼光谱在表征石墨烯材料的缺陷方面具有独特的优势，对于含有缺陷的石墨烯样品或者在石墨烯的边缘处，还会出现位于1350 cm－1左右的缺陷D峰，以及位于1620 cm－1附近的D’峰。一般用D峰与G峰的强度比(ID/IG)以及G峰的半峰宽来表征石墨烯中的缺陷密度。

由于石墨烯的带隙为零，通过化学修饰在sp2碳上引入sp3碳缺陷是人们打开石墨烯带隙的重要方法之一，因而D峰也是衡量其化学修饰程度的一个重要的指标。另外，石墨烯的层间堆垛方式、所处的环境温度、应力作用以及基底效应也会反映在其拉曼光谱特征峰的变化上。

Raman峰形能反映更多信息

对于sp2碳材料，除了其典型的拉曼D峰、G峰和G’峰，还有一些其他的二阶拉曼散射峰。大量的研究表明石墨烯含有一些二阶的和频与倍频拉曼峰，这些拉曼信号由于其强度较弱而容易被忽略。在1650～2300cm－1频率范围内，这些和频与倍频拉曼特征峰的峰位、峰型和强度对其层数和层间堆垛方式均具有很强的依赖性。

通过对这些弱信号的拉曼光谱进行分析，可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。