拉曼光谱讲稿课件.ppt
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- 光谱 讲稿 课件
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1、 (surface enhanced Raman spectroscopy)SERSRaman spectroscopy:high characteristic good spatial resolution(micro Raman)minimal sample preparation all solvents can be usedbut:biological samples often show high fluorescence biological molecules appear often at low concentration levelessential oil10 mmRa
2、mansilver colloidsM.x piperita514.5 nm200015001000500Wavenumber/cm-1Raman Intensity 10-8 M10-7 M10-6 M10-5 M10-3 M10-2 M10-1 M15001000500Raman IntensityRamanWavenumber/cm-115001000500Wavenumber/cm-1 Raman IntensitySERS NHNNNNH2EOmetal colloidexcitationdetectionSERSmoleculeSERS:Excitation of plasmon
3、resonances in Ag(Au or Cu)nanoparticlesRaman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructuresWavelength nmSCS nmJ.Kottmann et al.,IFH Field Theory Group,ETH ZrichAg,Au or Cu Wavelength/nmScattering Cross sectionFieldenhancementSERS:Raman spectroscopy utilizes optical properties of nanostru
4、cturesJ.Kottmann et al.,IFH Field Theory Group,ETH ZrichWavelength nmSCS nm*10Scattering Cross sectionWavelength/nmFieldenhancementSERS:Raman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructures20 nmJ.Kottmann et al.,IFH Field Theory Group,ETH ZrichAg,Au or Cu Fieldenhancement40020010050201052
5、10.50.2Scattering Cross sectionWavelength/nmTypical SERS media 不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱 自组装好的不同形状的金纳米粒子的硅片浸没在20mM NaSCn 的溶液里,取出后测量其SERS信号以以SCN-作为探针分子作为探针分子,绿光绿光(51415nm)作为作为激发光波长得到的激发光波长得到的SERS谱图谱图具有较高SERS 活性的粗糙铂电极的STM(a)和镍纳米线阵列的A FM(b)图像各种过渡金属表面上吸附的吡啶在最强峰各种过渡金属表面上吸附的吡啶在最强峰电位下的表面增强拉曼谱图电位下的表面增强拉曼谱图Rayleigh
6、 LimitNear-field resolutionL.Novotny and C.Hafner,Phys.Rev.E 50(1994).AluminumHE11250 nm160 nm pulled etched/old etched/newTransmission:0.0001%0.1%Stckle et al.,Appl.Phys.Lett.75,161(1999)Raman intensity of water stretching vibration vs.the distance covered by the piezo translator Raman spectral shi
7、ft of water stretching vibration vs the distance covered by the piezo translatorHeterogeneous CatalysisHeterogenous CatalysisCorrelation of Topography and Spectra500 nmTopography+3 H2?PdC.Fokas and V.Deckert,Appl.Spectrosc.56,192(2002)SampleSingle SERS active particleAFM cantileverIllumination/colle
8、ction opticsR.Stckle,Y.D.Suh,V.Deckert,R.Zenobi,Chem.Phys.Lett.,2000,318,131.十四 拉曼光谱的主要应用从拉曼光谱获取的信息从拉曼光谱获取的信息characteristic Raman peakComposition and structure of materialchanges in frequency of Raman peakstress/strain state Crystal sizepolarization of Raman peakcrystal(molecule)symmetry and orienta
9、tionwidth of Raman peakquality of crystal(crystal size)不同的物质,其拉曼谱是不同的,就象人的指纹一样,因此拉曼光谱可用于物相的分析与表征。本研究工作的碉楼 Wavenumber(cm-1)123893045541087714465282(a)2004006008001000 45 3464206388980100410871010490714282(b)MicroRaman spetra of yellow fragmentCaCO3goethite K2Ca(SO4)2CaSO4quartz 2004006008001000120010
10、000200003000040000 Intensity(a.u.)Wavenumber(cm-1)552615348280544GreenBlue1087Raman spetra of Blue and green fragmentsCr2O3 Lazurite 青金石青金石Fig.1 The picture of the Ming Yongle Blue and White porcelain.200400600800100012001400120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000Intensity Raman
11、 Shift(cm-1)永乐青花瓷唐寿州窑黄釉瓷Fig.2 The Raman Spectrum of glazeSiO4四面体的Si-O弯曲振动SiO4四面体的Si-O拉伸振动这两个峰的面积比(Ip=A500/A1000)与陶瓷的烧成温度相关联Ip越大,烧成温度越高Ip0.9Ip=0.8青花彩上发现有较多的黑色的网状斑点200400600800200040006000Intensity(a.u.)Raman Shift(cm-1)662302Fig.3 The Raman spectrum of black reticulation spot on the blue colour of Bl
12、ue and white porcelain.662,302 Fe3O4青花彩中的黄色斑点3006009006000900012000Intensity(a.u.)R am an S hift(cm-1)662224291407Fig.4 The Raman spectrum of yellow spot on the blue colour of Blue and White porcelain.224,291,407 Fe2O3662,Fe3O4青花彩中黑色颗粒状斑点300400500600700600080001000012000Intensity(a.u.)Raman Shift(cm
13、-1)547584628Fig.5 The Raman spectrum of black spot on the blue colour of Blue and white porcelain.584,628 Mn2O3547 MnO在还原气氛下,青花料中的锰应趋向于形成Mn3O4青花彩中黑色条纹状斑点3006009001200180021002400Intensity(a.u.)Ram an Shift(cm-1)692Fig.6 The Raman spectrum of wirelike black spot on the blue colour of Blue and White p
14、orcelain.692,522,488 Co3O4钴是青花料的主要显色元素,但在青花彩中发现氧化钴的结晶尚属首次釉中白色结晶物的照片300600900120020004000Intensity(a.u.)Raman Shift(cm-1)953970Fig.7 The Raman spectrum of white crystal grain in the glaze位于970 和953 cm-1的峰分别属于磷酸钙和硅酸钙,说明该釉是以CaO为主要助熔剂,属于石灰釉类而磷酸钙的形成则可能是在釉料中加有草木灰之类的植物灰料Raman spectra of doped CNTs100015002
15、0002500300005001000150020002500aD*GD2655.715841331Intensity/a.u.Raman Shift/cm-110002000300040005001000150020002500300015921340D*bGDRaman Shift/cm-1Intensity/a.u.0100020003000400005001000150020002500cRaman Shift/cm-1D*GD1335.81583.4Intensity/a.u.100015002000250030000500100015002000dRaman Shift/cm-1D
16、*GD1336.51581.0Intensity/a.u.un-dopedGa-dopedN-dopedN/B-codoped拉曼光谱在催化中的应用拉曼光谱在催化中的应用 拉曼光谱能提供催化剂本身以及表面上物种拉曼光谱能提供催化剂本身以及表面上物种的结构信息,这是认识催化剂和催化反应最为的结构信息,这是认识催化剂和催化反应最为重要的信息。重要的信息。拉曼光谱较容易实现原位条件下拉曼光谱较容易实现原位条件下 (高温、高压,高温、高压,复杂体系复杂体系)的催化研究。的催化研究。拉曼光谱可以用于催化剂制备的研究,特别是拉曼光谱可以用于催化剂制备的研究,特别是可以对催化剂制备过程从水相到固相的实时研究
17、。可以对催化剂制备过程从水相到固相的实时研究。拉曼光谱可以实现时间分辨动力学和动态拉曼光谱可以实现时间分辨动力学和动态学的研究。学的研究。No active sites;less shape selectivity Possible effect in regioselectivity and enantioselectivity 介孔材料是目前材料领域发展极为迅速的一个方向,但介孔材料是目前材料领域发展极为迅速的一个方向,但介孔材料很少应用于催化,因为缺乏催化活性中心介孔材料很少应用于催化,因为缺乏催化活性中心 在介孔材料中引入活性中心和表征活性中心是目前催化在介孔材料中引入活性中心和表征活
18、性中心是目前催化领域的前沿研究方向领域的前沿研究方向Micropore,20 Mesopore,20150 Acidic sites;shape selectivity Less active sites for oxidation and hydrogenation 催化剂中过渡金属中心的催化剂中过渡金属中心的电荷转移跃迁吸收电荷转移跃迁吸收/nm200300400500MOOOOMOOOOMOOOOMOOOOOOMOOOOO(MOx)nBulk oxideMOOOOSiSiSiSiO(2p)Ti(3d)O(2p)Fe(3d)O(2p)V(3d)220 nm250 nm280 nmAbsor
19、banceReference:MoxOyn-TS-1 催化剂和选择氧化催化剂和选择氧化SiO2TiTS-1H2O2ONOHRORRCRORCHROH+RH2CROHOHOHOHOH+OHNH3+Framework Ti 2%TiO2TS-1TS-1 的紫外共振拉曼光谱的紫外共振拉曼光谱 ex=244 nmOTiSiO OOSiO OOOOOTS-1TS-1 的紫外共振拉曼光谱的紫外共振拉曼光谱紫外拉曼谱峰的归属紫外拉曼谱峰的归属123456dcba Intensity(a.u)2 theta(degree)Ti-SBA-15Ti-SBA-15的紫外共振拉曼光谱的紫外共振拉曼光谱50010001
20、500970800607483Intensity/A.U.1110 RamanShift/cm-1Si/Ti=400Si/Ti=50Si/Ti=200Si/Ti=100Si/Ti=20SBA-15 ex=244 nm0.00.20.40.60.81.0Volume Adsorbed(cm3/g,STP)R elative Pressure(P/P0)Framework sitein TS-11125 cm-1 Isolated site in mesoporous materials1100-1110 cm-1 Isolated site on SiO21085 cm-1 OOTiOHOHSi
21、O2TiOOSiOSiOTiOOOOSiSiSiSiOOOOOOOOOOOOTiOOOOHOOTiOHOHTiOSiO2SiO2SilicaliteOOO1125 cm-11085 cm-11100-1110 cm-1TS-1Grafted Tion SiO2Ti-MCM-41,Ti-SBA-15Post-synthesizedTi in silicalites and ZSM-51125 cm1125 cm-1-1 谱峰的位置对谱峰的位置对TiTi的配位环境非常敏感的配位环境非常敏感Fe/ZSM-5 催化剂中的多种活性物种催化剂中的多种活性物种Fe2O3Fe Species:1)Framew
22、ork Fe,2)Extraframework Fe a)Isolated Fe b)Oligomer Fe3)Nanoparticle FeOx物种极其复杂物种极其复杂结构鉴定困难结构鉴定困难50010001500290Intensity/A.U.111011651005800380516 RamanShift/cm-1 ex=244 nm ex=325 nmUV Raman spectre of Fe-silicalite(Si/Fe=100)with different excitation lines 利用拉曼共振效应检测利用拉曼共振效应检测Fe-ZSM-5Fe-ZSM-5中的骨架铁物
23、种中的骨架铁物种50010001500 ex=244 nm800380100511675161110 Intensity/A.U.RamanShift/cm-1From 1110 cm-1 bandFrom 516 cm-1 band0.006(Fe/Si)0.020.010.050.025Fe/Si molar ratio分子筛中骨架位铁物种的最大分子筛中骨架位铁物种的最大含量为含量为0.0100.010(铁硅摩尔比铁硅摩尔比)紫外拉曼光谱对紫外拉曼光谱对Fe-silicaliteFe-silicalite骨架铁物种的半定量分析骨架铁物种的半定量分析00.0050.010.0150.020.
24、025Fe/Si RatioI(520cm-1)/I(380 cm-1)Framework species are formed first,then the extraframework species appear.5001000150011651005520290800380Intensity/A.U.RamanShift/cm-1Fe/Si=0.025 ex=325 nmFe/Si=0.02Fe/Si=0.01Fe/Si=0.005Fe/Si=0.0025Fe/Si=0.01 利用拉曼共振效应检测利用拉曼共振效应检测Fe-ZSM-5Fe-ZSM-5中骨架外铁物种中骨架外铁物种Fe-si
25、licalite 紫外拉曼谱峰的归属紫外拉曼谱峰的归属 ex=244 nm516,1110 cm-1 ex=325 nm520,1005,1115,1165 cm-1FeOOOOSiSiSiSiOFeSiOSiOOOOOOOOFeO(H)FrameworkExtraframeworkFeOOOOSiSiSiSi1110 cm-1 Framework iron in Fe-ZSM-51080-1100 cm-1 Framework iron in Fe-SBA-15紫外拉曼谱峰的归属紫外拉曼谱峰的归属Assignment of UV Raman bands for extraframework
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