Investigation of the Electron-Doping Process in Metallicity-Enriched HiPCO Single-Walled Carbon Nanotubes

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2022-11-10
Issue Year
2022
Authors
Kröckel, Claudia
Editor
Abstract

Within this thesis it was possible to uncover fundamental metallicity, diameter, and chirality related aspects in the electron doping mechanism and the recovery processes of alkali metal intercalated HiPCO single-walled carbon nanotube (SWCNT) bulk materials. The choice of metallicity enriched samples enabled to emphasize the importance of the material composition in different processes and the interaction between distinct SWCNT species. The application of various characterization tools in combination with a careful fitting analysis allowed an unequivocal chirality assignment of the samples that was the basis for studying their electron doping and recovery processes on a chirality resolved level from the bulk material. Raman spectroscopy was manifested as the main characterization method as received results were in good accordance with experimental and theoretical findings from literature and the new required data helped to gain an expanded understanding of the extraordinary complex doping mechanism in SWCNTs and the interpretation of the vibrational response of their fully doped species.

Abstract

Mit dieser Arbeit ist es erstmalig, gelungen grundlegende Aspekte innerhalb des Elektronendotierungsmechanismus von multidispersiven Feststoffproben einwandiger HiPCO-Kohlenstoffnanoröhrchen (SWCNTs) mit Alkalimetallen offenzulegen. Dabei wurden wichtige Erkenntnisse zu metallizitäts-, durchmesser- sowie chiralitätsbedingten Faktoren sowohl für den Dotierungsprozess an sich als auch den Reoxidationsprozess dieser Proben erlangt. Die Wahl metallizitäts-angereicherter Proben ermöglichte es, die Bedeutung der Materialzusammensetzung innerhalb verschiedener Prozesse zu untersuchen und die Wechselwirkung zwischen verschiedenen SWCNT-Spezies aufzudecken. Der Einsatz verschiedener Charakterisierungsmethoden in Kombination mit einer sorgfältigen Analyse der Ergebnisse aus dem Fitting der Ramanspektren erlaubte eine eindeutige Chiralitätszuordnung der vorhandenen SWCNT Spezies in den multidispersiven Feststoffproben, was eine wichtige Voraussetzung für die Beschreibung des zugrundeliegenden Elektronendotierungsmechanismus und des Reoxidationsprozesses auf chiralitätsaufgelöstem Niveau bildete. Ramanspektroskopie wurde als Hauptcharakterisierungsmethode für die Untersuchungen etabliert, da die gewonnenen Daten konzeptionell gut mit experimentellen und theoretischen Ergebnissen aus der Literatur in Einklang gebracht werden konnten und zu einem erweiterten Verständnis des komplexen Elektronendotierungsmechanismus in SWCNTs sowie der Interpretation der Ramanresonanz vollständig gedopter SWCNTs beitragen konnten.

Notes
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