拉曼光谱与胶结石和拉姆石两种具有技术价值的阴极材料的激光诱导降解

摘要： 锰氧化物是重要的地质材料，在众多领域有广泛应用。例如作为艺术品颜料，或用于饮用水中重金属的处理与去除。特别是具有2×1晶体结构、可实现质子扩散的拉姆达石[Mn4+O2]和格劳特石[(Mn0.54+,Mn0.53+)O1.5(OH)0.5]，是极为重要的阴极材料。锰氧化物通常以隐晶质形态存在，由不同锰相、铁氧化物、硅酸盐和碳酸盐组成极细混合物，因此采用X射线粉末衍射(XRPD)进行准确表征具有挑战性。现有格劳特石缺乏拉曼数据，拉姆达石的少量数据又相互矛盾，导致无法通过拉曼光谱准确鉴别。本研究结合扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、XRPD、傅里叶变换红外(FT-IR)和拉曼光谱技术，对天然拉姆达石-格劳特石混合样品进行表征并建立参考拉曼光谱库。数据显示二者具有典型且独特的谱图特征，可实现明确识别。进一步研究发现：在极低激光功率下，格劳特石会因H+流失和Mn3+氧化为Mn4+而转变为拉姆达石；继续提高激光功率时，Mn阳离子还原会导致黑锰矿[Mn2+Mn23+O4]生成。这些数据可用于研究阴极电池材料的放电机制——通过监测锰从拉姆达石到格劳特石、最终到水锰矿[α-Mn3+OOH]的还原过程。此外，拉曼成像技术能研究所有样品中这些矿物的分布情况，并间接反映对化合物电化学活性起关键作用的H+和Mn3+分布。