氧化石墨烯
氧化石墨烯制备原理
氧化石墨烯制备原理
氧化石墨烯是一种通过氧化石墨材料来制备的氧化物化合物。
它的制备过程中主要涉及到以下几个步骤：
1. 制备石墨烯：首先，需要从石墨原料中制备出石墨烯。
常用的方法有机械剥离法和化学气相沉积法。
其中，机械剥离法是利用物理力学的剥离方式，通过机械剥离器具将石墨原料一层层地剥离，最终得到单层石墨烯。
化学气相沉积法则是将石墨原料放置在特定的反应环境中，通过气相化学反应使石墨层逐渐剥离并沉积在基底上。
2. 氧化反应：将得到的石墨烯与氧气或氧化剂进行反应，使其氧化成氧化石墨烯。
在该步骤中，常用的氧化剂有硝酸和高锰酸钾等。
在反应过程中，氧化剂会与石墨烯中的碳原子发生氧化反应，从而使碳原子与氧原子结合形成氧化物键。
3. 氧化石墨烯的捕获和分离：制备出的氧化石墨烯往往以分散的形式存在于溶剂中。
因此，需要对其进行捕获和分离，以便进一步的应用研究。
常见的捕获和分离方法有离心法、过滤法和超声分散法等。
利用这些方法可以将氧化石墨烯从溶剂中分离出来，并得到所需的纯净产物。
综上所述，氧化石墨烯的制备原理主要包括制备石墨烯、氧化反应和氧化石墨烯的捕获和分离三个步骤。
这些步骤通过物理和化学的方式完成，最终得到具有特殊结构和性质的氧化石墨烯材料。
石墨烯氧化物
石墨烯氧化物
氧化石墨烯(graphene oxide)是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。
因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。
氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。
因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。
氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。
氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。
因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。
其亲水性被广泛认知。
氧化石墨烯的相对原子质量
氧化石墨烯的相对原子质量氧化石墨烯，这个名字听起来就像是某种高科技的外星物质，其实它在咱们的生活中也有不少“戏份”。
它是石墨的一种衍生物，听着就有点神秘对吧？其实它是由石墨通过氧化反应而成的。
这玩意儿的相对原子质量在化学界可是个热门话题，毕竟谁不想在聚会中引起大家的注意，聊聊这氧化石墨烯的事儿呢？说到氧化石墨烯，先得说说石墨。
石墨就像个老大哥，屹立在我们身边，默默无闻却充满了力量。
它的层状结构就像是一个个叠起来的薄饼，柔韧而又坚固。
而氧化石墨烯则是把这些“薄饼”给“调味”了一下，添加了氧元素，变得更加多才多艺。
你想啊，它不光能在电池里大显身手，还能让涂料更耐用，甚至在生物医学上也有它的身影，真是个“万金油”。
咱们再来聊聊相对原子质量。
听起来有点学术，其实就是指一个元素的“体重”。
这氧化石墨烯的相对原子质量大约在 200300 之间。
说白了，这个数字越大，就说明它的“身材”越丰满。
不过，别看它的数字不小，实际上在化学反应中，它可是一名“灵巧的舞者”。
它能够与其他分子亲密接触，形成各种各样的化合物，真是个“交际花”。
生活中用到氧化石墨烯的地方可不少，像是手机电池、太阳能电池板、甚至是某些医学材料。
想想吧，咱们的手机电池如果能充得快一点、用得久一点，那绝对是个好消息。
而这氧化石墨烯，恰恰能让这些梦想成真。
它的导电性就像是电流的高速公路，畅通无阻，谁都想在这条路上飞驰。
再说说它的强度，真是让人惊叹！这东西的强度是钢铁的几倍，轻得就像羽毛，简直就是科学界的“超级英雄”。
你要是让它参加什么“抗压比赛”，一定能轻松拿下金牌。
可是，这家伙可不止是有力量哦，它的柔韧性也让人刮目相看，随便弯一弯，完全不在话下，简直是个“百变小天后”。
很多人可能会好奇，氧化石墨烯的生产过程是什么样的。
其实也挺简单的，先把石墨加上氧气，接着通过化学反应进行氧化。
最后就变成了我们熟悉的氧化石墨烯。
就像是做一道美食，把原料一层层叠加，最后呈现出一道色香味俱全的佳肴。
氧化石墨烯、石墨烯与还原氧化石墨烯
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氧化还原法制备石墨烯工艺详解
氧化还原法制备石墨烯工艺详解相信很多研究生进入实验室的第一课就是氧化石墨烯制备，制备氧化石墨烯真是一个巨大的工程，其中涉及了各种复杂参数的调控，可谓经历了九九八十一难，方能制备出理想的氧化石墨烯。
今天小编就来为你深入解读如何采用氧化还原法制备出氧化石墨烯，各种参数如何调控？如何还原得到石墨烯？工业级氧化还原石墨烯制备与实验室制备又有什么区别？氧化还原法制备石墨烯氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。
氧化还原法制备石墨烯优缺点氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。
氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。
氧化-还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。
氧化还原制备石墨烯分为三步，氧化、剥离、还原，如图1，图2.5日Rcdjcllasi图1氧化还原制备石墨烯流程CbLeiiiic^llyeouvenedgiraiilieLie图2氧化还原制备石墨烯流程1氧化氧化石墨的方法主要有三种：第一种是Hummers法，第二种是Brodietz法,第三种是Staudenmaier法，他们首先均是用无机强质子酸例如浓H2s04、发烟HN03或者它们的混合物处理原始的石墨粉原料，使得强酸小分子进入到石墨层间，而后用强氧化剂（如高镒酸钾、KC104等）氧化。
三种方法相比，Staudemaier法得到的氧化石墨的层结构受到严重破坏，原因是采用浓H2S04和发烟HN03混合酸处理了石墨，Hummers法具有很高的安全性，且可得到带有褶皱的氧化石墨的片层结构，并含有丰富的含氧官能团，在水溶液中分散性很好，对于此方法，许多研究人员也做了很大的改善。
氧化石墨烯的cas号
氧化石墨烯的CAS号1. 简介1.1 氧化石墨烯的定义氧化石墨烯是一种由氧原子和碳原子组成的二维纳米材料，具有石墨烯的结构特点和氧化物的性质。
它的化学式为C_xO_y，其中x和y表示石墨烯中碳和氧原子的比例。
1.2 氧化石墨烯的CAS号CAS号（Chemical Abstracts Service number）是一种用于标识化学物质的唯一标识符。
氧化石墨烯的CAS号为: 7782-42-5。
2. 氧化石墨烯的制备方法2.1 氧化石墨烯的氧化方法氧化石墨烯的制备方法有多种，其中最常用的是氧化剂法。
具体步骤如下：1.将石墨烯样品置于含有氧化剂的溶液中，常用的氧化剂有硝酸、高锰酸钾等。
2.在适当的温度和时间下，对石墨烯进行氧化反应。
3.将氧化后的样品进行洗涤和干燥处理，得到氧化石墨烯。
2.2 氧化石墨烯的还原方法氧化石墨烯的还原方法主要有化学还原法和热还原法。
常用的还原剂有还原糖、氢气等。
具体步骤如下：1.将氧化石墨烯样品与还原剂混合，在适当的条件下进行反应。
2.进行洗涤和干燥处理，得到还原后的石墨烯。
3. 氧化石墨烯的性质3.1 结构性质氧化石墨烯具有二维的层状结构，每个碳原子周围都被氧原子包围，形成了碳-氧键。
这种结构使得氧化石墨烯具有较高的表面积和特殊的电子结构。
3.2 物理性质氧化石墨烯具有一系列优异的物理性质，如高导电性、高热导性、高比表面积等。
它还具有良好的机械性能和化学稳定性。
3.3 化学性质由于氧化石墨烯中含有大量的氧原子，它具有较强的化学活性。
它可以与其他物质发生化学反应，如与金属形成复合材料、与有机物发生功能化反应等。
4. 氧化石墨烯的应用领域4.1 电子器件由于氧化石墨烯具有优异的导电性和透明性，它被广泛应用于电子器件领域。
例如，氧化石墨烯可以用作柔性电子器件的导电薄膜、透明导电电极等。
4.2 储能材料氧化石墨烯具有高比表面积和良好的电化学性能，可以用作超级电容器、锂离子电池等储能材料。
氧化石墨烯分子量
氧化石墨烯分子量引言氧化石墨烯是一种具有广泛应用前景的二维材料，其分子量对其性质和应用具有重要影响。
本文将探讨氧化石墨烯分子量的概念、测量方法以及其对材料性质和应用的影响。
氧化石墨烯分子量的概念氧化石墨烯是由石墨烯经氧化处理得到的一种材料，其分子量指的是单位体积或单位面积内的氧化石墨烯分子的数量。
由于氧化石墨烯是一种二维材料，因此其分子量通常以单位面积内的分子数来表示。
氧化石墨烯分子量的测量方法测量氧化石墨烯分子量的方法多种多样，下面介绍几种常用的方法：1. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表征材料形貌和结构的方法。
通过SEM可以观察到氧化石墨烯的形状和尺寸，并进一步计算出单位面积内的分子数，从而得到分子量的估计值。
2. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种高分辨率的表征材料形貌和结构的方法。
通过AFM可以观察到氧化石墨烯的层状结构，并测量出其厚度，从而计算出单位面积内的分子数。
3. 热重分析（TGA）热重分析是一种通过加热样品并测量其质量变化来研究材料性质的方法。
通过TGA 可以测量氧化石墨烯的质量损失，从而得到单位质量内的分子数，进而计算出分子量。
氧化石墨烯分子量对性质的影响氧化石墨烯分子量对其性质具有重要影响，下面分别从结构、电学性质和热学性质三个方面进行探讨。
1. 结构氧化石墨烯的分子量影响其层状结构的稳定性。
较低分子量的氧化石墨烯往往具有较薄的层状结构，容易发生层间滑动和剥离现象；而较高分子量的氧化石墨烯则具有较稳定的层状结构，不容易发生层间滑动和剥离。
2. 电学性质氧化石墨烯的分子量对其电学性质具有重要影响。
较低分子量的氧化石墨烯往往具有较高的电导率，适用于电子器件等领域的应用；而较高分子量的氧化石墨烯则具有较低的电导率，适用于电介质等领域的应用。
3. 热学性质氧化石墨烯的分子量对其热学性质也有一定影响。
较低分子量的氧化石墨烯往往具有较高的热传导性能，适用于导热材料等领域的应用；而较高分子量的氧化石墨烯则具有较低的热传导性能，适用于隔热材料等领域的应用。
氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯的制备主要包括以下几个步骤：
1.准备石墨：首先需要准备一些石墨，可以从石墨矿石中提取。
2.氧化：在氧化石墨的制备过程中，将石墨与氧化剂（如硝酸、硫酸）混合，石墨的层状结构会被破坏，形成氧化石墨。
3.剥离：氧化石墨的片层相互之间会通过范德华力结合在一起，形成一些片层堆叠的结构。
此时可以使用超声波、球磨等方式，使片层分离，形成单片的氧化石墨。
4.还原：最后，可以将氧化石墨还原，形成氧化石墨烯。
常用的还原方法包括热还原、化学还原、电化学还原等。
在制备过程中，需要注意安全事项，如穿戴防护服和手套，避免接触强酸等有害物质。
同时，也需要对制备出的氧化石墨烯进行质量检测，确保其满足后续应用的要求。
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氧化石墨烯在热还原中的非常规红外吸收机理高分子科学与工程一班 3008208022 裴庆丽在固体中，原子和分子的振动红外吸收会通过非绝热的相互作用被电子作用所影响，如Fano效应。
通常情况下，红外吸收的谱线形状被修改，或者红外禁止模是可以作为电子吸收调制被探测到的。
与这种已知现象相反，在还原的氧化石墨烯中观察到巨大的红外吸收带，这来源于一种尚未被报告的结构的不对称延伸构型的电子态耦合，该结构含有聚集在缺陷边界的氧原子。
自由电子被氧原子移动所诱导（感应），产生了一个强烈的红外吸收，它与声子模式同相。
当所有的含氧化学物质，包括羟基，羧基，环氧和酮官能团，从洁净石墨烯补丁的相邻边界区域除去时，这种新的现象才是唯一可能的。
石墨烯，带有sp2-杂化蜂窝状二维炭晶格，由共轭六角形晶胞组成，由于其维数和独特的电子能带结构，石墨烯显示出特别的性能。
石墨烯是带有线性色散的半金属碳材料，因为它的载流子表现为狄拉克费米子（零有效质量），这抑制了载流子反向反射。
因此，有趣的物理性能已得到证明，比如高的本征载流子迁移率（3,000and-200,000cm2 V-1s-1），在亚微米尺度上的室温弹道输运，并带有大的平均自由行程，增强的库仑相互作用，弱本地化抑制和绝热玻恩-奥本海默近似偏差抑制。
实际设备使用的石墨烯取决于制造有限尺寸结构和控制化学稳定的边界形成的能力，因此非常需要了解一系列石墨烯材料的化学和物理性质。
石墨烯氧化（或者甚至水合）是众所周知的去除费米能级状态的例子，从而生成一种绝缘体。
因此预测附着在石墨烯上，任何形式（环氧基，羟基，羧基和酮式功能组）的氧，都会在基面和边界上降低费米能级的电子态，即导电性，如实验所示。
石墨烯的确是一种良好的绝缘体，它在还原时只部分恢复弱的导电性。
即使在高温热处理(800-1,100℃)后，会有一些残余氧(约8-10%)留在部分还原的单层氧化石墨烯中，此氧化石墨烯含有接近20%的sp3-杂化碳原子。
因此，部分还原的氧化石墨烯不可能存在任何可测量的性质，包括自由电子。
我们在这里报告观察到一个意外强烈的红外吸收峰，它仅在氧化石墨烯还原时出现。
该光谱归属于一个以前未报告的氧化物结构的特定模式（不对称的C-O-C延伸），其中包含处于还原的氧化石墨烯（即清洁石墨烯区域）缺陷区域边界基面上的氧原子。
这个非常特别的边界结构（环状边界醚）导致在还原（氧核素转化到边界醚）时部分短程粒子传输，形成了石墨烯中氧的最稳定形式。
这个在红外吸收上的巨大增强归因于停留在氧附近的流动电子的边界氧运动引起的共振感应。
这些自由电子提供了另一种（主要的）吸收通道。
自由电子只在这种特殊的边界结构有关的一个正常模式中产生，即C-O-C基的不对称延伸。
所有其他模式表现出正常的红外吸收。
针对石墨烯结构，这种巨大的吸收是一个新现象，这不同于表面的非绝热现象。
它提出了一种开发敏感带通滤波器，谐振探测器，热红外遥感器（夜视），天线和太阳能吸收的方法，用于获取能源和制造高性能器件（装置）。
为了增加高温热处理后发现的特殊氧结构，在热热处理前后有必要使用真空过滤来形成一种均匀沉积氧化石墨烯薄膜。
图1 表示了初始氧化石墨烯的一个代表性红外吸收光谱，它是在任何热处理之前获得的，羟基、酮类、羧基，sp2-杂化C=C（平面振动）、环氧和一些含有C-O和=O的化学物质，如乳醇、过氧化氢，二氧五环、酸酐和环醚在其中起到作用，它们属于3 个被标记为α、β和γ的光谱区域，并且拥有醚类、酮类物质的特征。
图1 | 单层氧化石墨烯的透射红外吸收光谱。
结构中的各种氧形态包含环氧化物(C–O–C)(1,230–1,320cm-1,不对称拉伸;-850cm-1,弯曲运动)、sp2-杂化C=C(1,500–1,600cm-1,面内振动)、羧基(COOH)(1,650–1,750cm-1包含C–OH振动在3,530cm-1和1,080cm-1处)、酮基(C=O)(1,600–1,65cm-1,1,750–1,850cm-1)和羟基(即苯酚,C–OH)(3,050–3,800cm-1和1,070cm-1)的带有所有来自COOH和H2O的C-OH振动的振动模式。
包含大部分C-O和C=O作用(850–1,500cm-1)的光谱重叠区域分解为3个区：α-区(900–1,100 cm-1),β-区(1,100–1,280cm-1)和γ-区(1,280–1,500cm-1)(补充图S1) 吸收单元。
红色虚线是基线。
插图，官能团的原理表示，包含环氧化合物(绿)、C=C (浅绿)、C–O (红)、C–OH (蓝)、COOH (棕)和C=O (灰)。
通过测量红外吸收光谱的变化来研究在真空热还原中由于含氧物质逐渐减少所引起的红外差光谱变化。
在热处理至750℃后，几乎全部的含氧物质消失，在氧化石墨烯中仅存在很少浓度（约5-7%）的含C-O 的醚基团，如图所示，在700-1,320cm-1 范围内有很弱的特征。
在还原时，假设相似的偶极矩（有效因子约为2），每个光谱范围内观察到的强度变化可以被用来分析各种氧核素的浓度。
图2 850℃热处理后单层氧化石墨烯的透射红外吸收光谱。
差光谱：GO-1L(a)和SiO2/Si(b)在850:750℃热处理中的吸收光谱比例。
在800cm-1出现一个半峰宽为80cm-1 的新的吸收峰。
~980cm-1处的负贡献与底层SiO2衬底上Si-OH 的损失是相对应的。
插图显示了850℃(i)和750℃(ii)热处理后的GO-1L和相对室温清洁而言极度清洁的850℃的SiO2/Si表面的吸收光谱。
点划线是基准线。
原理表示中，剩余的聚集环状边界醚(–O–)用红色代表。
单层氧化石墨烯在超过750℃温度热处理后，会有一个戏剧性的变化。
图2 同时表示了氧化石墨烯在750℃和850℃热处理后的差光谱和吸收光谱。
850℃热处理后，在800cm-1 处会出现一个很强的吸收特征，而其余红外光谱（范围）的变化可以相对忽略不计。
在约980cm-1 处的光谱损耗与氧化石墨烯没有关系，但是随着SiO2 衬底上羟基（Si-OH）减少，光谱损耗会增加。
在3层氧化石墨烯上获得了类似结果。
图3边界氧化石墨纳米带的模拟振动模式a,普通模式的频率和相关氧位移的大小。
那个结构模型表示聚合边界醚，它的晶胞里含有14个C和2个O 原子。
仅仅带有明显O 位移的6 个构型被挑选出并按频率递减顺序编号。
b,这6种构型中每个原子运动形态，箭头长度与位移大小成正比第一性原理计算阐明了800cm-1模式的起因。
穷举搜索的结果显示，在800cm-1 区域，正常模式下，最高能稳定结构是一种带有一排相邻醚构型的聚合边界氧化结构。
对于这个特殊的结构，使用图3a 所示的结构模型，计算涉氧原子运动的所有振动频率。
在重点关心的能量范围内，有6个涉及有效氧位移的构型，标记1、2…等。
构型4 不同于其他的构型，因为它涉及一个垂直于边界的氧位移。
通过使用55cm-1 的修正系数和考虑误差线（见理论方法），可以将800cm-1 处观察到的红外峰归属于图3（870cm-1 处的计算）中的构型4。
这种频率对纳米带所使用的构型宽度不是很敏感，表明这不是纳米带几何形状，而仅仅是边界几何形状的结果。
如补充图S4 所示，当相邻氧原子数目减少时（更多的有限系统），这个结构的频率会增大，表明该实验系统由至少10 个边界氧原子排成一列所构成。
聚集的边界醚基团有最高的结合能（键能），2 倍于非聚集的醚基物质，同时高于其他氧结构（表1），这些证据支持了这种聚集效应。
因此，在热处理至高达850℃温度后，这预计是氧的唯一剩余形式。
在750℃时测量，与相同结构的所有其他正常构型和所有现存氧核素的积分强度对比，800cm-1 构型的强度是出乎意料的高。
图4 总结了单层氧化石墨烯的所有氧化构型的整体强度随热处理的变化函数。
当仅仅剩余5-7%时，在750℃热处理后，初始的累积强度会从0.4cm-1 降低到0.01cm-1。
注意，氧所占的比例与强度有关联，尽管不是完全线性的，因为每个核素的磁偶极矩不一样（例如，羧基的磁偶极矩是最强的，乙醚的磁偶极矩是最弱的），基于许多参数会有约2%的差异，其中最大的差异是单个分子的极性。
热处理至850℃，边界氧不对称拉伸构型的总积分区域约为1.0cm-1，也就是说，比在750℃热处理后观察到的所有氧化构型的总和高约100 倍。
当氧浓度预计接近多低于750℃热处理后的氧浓度时，观察显示，一定正在发生一个大的增强过程（近似在3 层氧化石墨烯中观察到的增强过程的40倍），800cm-1 构型的这种选择性的大的增强表明，它不可能只有一个振动源，除非SiO2 衬底和还原的氧化石墨烯之间发生一些化学反应。
图4GO-1L总的累积吸收比热处理温度，从60℃开始测量。
在每个具体温度，按强度(与贡献有关)顺序列举了现有的官能团。
几乎所有的官能团在350℃时消失，在那以后仅剩余含C-O 的环状边界醚的作用。
相比于750℃时所有剩余构型的强度，800cm-1 处峰值表现出~100 倍的强度增强。
从总的累积区数值中的振动平均值获得带有误差条的值(0.1–2%) 。
总的累积吸收单位略写为'cm-1'。
星号表示同时来自羰基和羰基物质的非常弱的贡献。
为了检验这个不太可能的可能性，使用不同厚度（1层、3 层和多层）氧化石墨烯，采用热还原方式进行试验。
在热处理中，所有的氧化石墨烯层表现出相似的效果，800cm-1 构型的强度取决于除了聚集的边界氧外所有其他形式的氧化物被移除的程度。
为了检验衬底在再氧化已部分还原的氧化石墨烯中没有起作用，将多层氧化石墨烯样品放在一个处于100℃预热的油浴、带有回流冷凝器的封闭圆底玻璃烧杯中进行化学还原（在肼-水化合物），如同参考文献12中描述。
每个样品在反应的不同时间被移出，然后用甲醇冲洗以终止反应，红外线测试前放置在蒸馏水中。
一旦大部分氧化物分子（尤其是面外或末端的氧化物，如羟基，环氧基，羧基和酮类分子）被消除，在800cm-1 处会出现一个带有增强红外吸收强度的构型。
经过在肼-水化合物中充分浸泡（2 天），所有的氧原子被消除，800cm-1 构型消失了，这强有力地支撑了此次实验的任务（目的）。
这些和互补性测试实验证实，这种牢固的构型不是由于石墨烯（或者SiO2 衬底）的再氧化和污染，而是临近石墨烯区域（尽管有缺陷的），环状边界醚存在的固有现象。
因此电子的参与被怀疑，采用第一性原理计算去更好地理解这种特别的边醚正常构型（即不对称的C-O-C 延伸）的戏剧性增强，以及其他正常构型增强的缺乏。
图5 | 在边界氧化石墨纳米带的不对称C–O–C 拉伸模式振动下，电子结构的改变。
a, 基态结构和相关的能带结构，包括O π- 和O σ-轨道透射态密度。