Структурні властивості пористого вуглецю, отриманого з волокон коноплі: порівняльне дослідження апроксимацій раманівських спектрів

Abstract

Раманівська спектроскопія застосована для дослідження еволюції структури пористих вуглецевих матеріалів отриманих з волокон коноплі методом стимульованої парою карбонізації при температурах 400, 500, 600, 700, 800, та 900 (серія K) з наступною активацією азотною кислотою (серія KN) та за умови додаткового відпалу на повітрі (серія KNO). Дослідження грунтується на порівнянні ефективності застосування двокомпонентної та п’ятикомпонентної апроксимації для аналізу спектрального діапазону 800-2000 см⁻¹ у спектрах Рамана пористого вуглецю. Двокомпонентна модель, що описує лише D- та G-смуги, дозволяє спрощено оцінювати ступінь графітизації та концентрацію дефектів, надаючи можливості швидкої оцінку рівня структурного розвпорядкування через аналіз відношення інтегральної інтенсивностей спектральних смуг ID та IG. П’ятикомпонентна апроксимація, яка включає D₁, D₂, D₃, D₄ та G-смуги, забезпечує детальніший аналіз структурних дефектів, покращуючи покращила узгодженість спектрального підбору (R² = 0.95-0.99) порівняно з двосмуговою моделлю (R² = 0.80-0.88). Порівняння оцінок латеральних розмірів кристалітів з використанням обох підходів виявило сильну кореляцію між отриманими даними (коефіцієнт Пірсона r=0.83-0.87) для всіх серій матеріалів, що підтверджує достовірність застосованих підходів до аналізу експериментальних даних. Водночас, п’ятикомпонентна модель виявила кореляцію між положенням D₃-смуги та розміром кристалітів, яка не була очевидною в двокомпонентній апроксимації. Ці результати підкреслюють ефективність п´´ятикомпоеннтної деконволюції спектрів Рамана для відстеження структурних трансформацій у вуглецевих матеріалах, що надає додаткові результати, важливі при підборі матеріалів для застосувань у галузях накопичення енергії, каталізу та сорбції.