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气体吸附

在 Micromeritics,我们为精确的气体吸附分析提供量身定制的精密仪器,这对材料科学、催化和其他先进领域的应用至关重要。 本页介绍气体吸附的原理、我们采用的创新技术以及我们的仪器如何能提高您的研究和工业应用水平。

什么是气体吸附?

气体吸附是指气体分子附着在材料表面的过程。了解气体吸附的类型对于工程和科学应用至关重要。物理吸附(physisorption)和化学吸附(chemisorption)是气体与材料表面相互作用的两种基本机制。

物理吸附主要通过范德华力使气体分子产生弱键合,这种吸附是可逆的,可在一定温度范围内发生。

该技术在各种应用中用于测定布鲁瑙尔 – 埃米特 – 特勒(BET)比表面积和孔隙率。

化学吸附涉及气体分子与材料表面原子或分子之间形成更强的化学键。

这个过程通常会导致不可逆吸附,在催化剂表征、表面改性以及理解反应动力学方面发挥着关键作用。

为什么选择物理吸附?

Micromeritics的仪器经过精细校准,可测量压力和温度,用于确定吸附到样品上的气体体积。数据以等温线的形式收集,通常从低压力(~0.00001 托)到饱和压力(~760 托)。压力范围根据所需信息来确定。

物理吸附实验获得的数据用于确定材料的比表面积(BET)、孔隙率和吸附容量。

应用:

BET 表面积

材料表面吸附的气体量可用于计算表面积。表面积是从分子层面衡量固体样品暴露表面的指标。
BET(Brunauer、Emmet 和 Teller)理论是确定比表面积最常用的模型。

通常,BET 分析使用氮气(N₂)作为吸附质,因为它对固体表面具有高亲和力。在低压下引入氮气,分子开始吸附到表面,随着气压升高,先形成单分子层,随后是多分子层吸附(我们有展示该过程的图像)。吸附的氮气量用于通过 BET 方程计算表面积。对于低表面积材料,氪气通常用作替代吸附质。由于氪气在 77.35K 时的蒸气压(2.5mmHg)比氮气(760mmHg)低,在相同相对压力分析时,吸附步骤中会产生更大的压力变化,从而提高精度。

材料的 BET 比表面积是根据单分子层容量计算得出的,单分子层容量即吸附在材料表面的第一层气体分子或原子的体积。
BET 方程经过线性化处理,以便从 BET 变换图的斜率和 y 轴截距方便地计算单分子层容量,而要进行有效的 BET 计算,该图必须达到足够高的相关系数,通常为 0.999 。

孔隙率

气体吸附能够对材料的孔隙率进行表征,从而深入了解其结构和性质。随着气体压力增加,材料内部的孔隙开始被填充。这一过程从较小的孔隙开始,逐渐发展到较大的孔隙,直至所有孔隙都被填满。总体而言,气体吸附适用于孔径在 ~0.35 nm到 ~400 nm之间的孔隙。 一旦等温线曲线的细节被准确表示为一系列压力与吸附量的关系,就可以应用多种不同的方法(理论或模型)来确定孔径分布。
分类尺寸典型计算模型
微孔 < 2 nm密度泛函理论 (DFT)
M-P 方法
Dubinin Plots (D-R, D-A)
Horvath Kawazoe (H-K)
t-plot (总微孔面积)
介孔2-50 纳米Barrett、Joyner 和 Halenda (BJH)
密度泛函理论 (DFT)
Dollimore-Heal (DH)
大孔> 50 nmBarrett, Joyner, and Halenda (BJH) 密度泛函理论 (DFT)
Dollimore-Heal (DH)
*特殊注意事项> 400 nm对于超过 400 纳米的孔隙,采用如压汞法(链接至相关页面 )等其他技术。 该技术可用于研究较大的孔隙,通常范围从 3 纳米到 1100 微米。

我们的解决方案

仪器

3Flex
三站全功能型多用气体吸附仪

  • 先进的气体吸附系统
  • 最高性能的微孔分析
  • 蒸汽分析
  • 提供静态化学吸附和动态程序升温反应

ASAP 2020 Plus
快速比表面与孔径分析仪

  • 高分辨率表面积和孔径分析仪
  • 独立的制备和分析仪器置于一个机柜内
  • 是研究、开发和质量控制应用的理想选择

TriStar II Plus
比表面与孔径分析仪

  • 最高通量的全自动 BET 比表面积分析
  • 三样品并行测量,实现最高效率
  • 独立的样品端口传感器、专用真空系统和计算机控制的伺服阀,为多样品分析提供最短测量时间
  • 针对低比表面积材料,提供氪气配置选项

Gemini VII
全自动快速比表面与孔径分析仪

  • 独特的差示测量设计
  • 最快的单个表面积测量
  • 使用氮气对低表面积进行高精度测量

ASAP 2460 和 2425
全自动比表面与孔径分析仪

穿透曲线分析仪(BTA)

服务

我们提供全面的表征服务,无论是单个样品的分析、复杂方法的开发或验证、新产品评估,还是处理大规模制造项目。

可用选项

  • 使用氮气测定多点比表面积(ISO 9277)
  • 使用氪气测定多点比表面积(ISO 9277)
  • 使用氮气测定多点比表面积和总表面积(ASTM D6556)
  • 使用氩气测定多点比表面积
  • 使用二氧化碳测定多点比表面积
  • 40 点氮气吸附等温线(20 A 至 3000 A )
  • 40 点氮气吸附及 40 点脱附等温线(20 A 至 3000 A )
  • 高分辨率微孔分析及介孔等温线(4 A 至 3000 A)
  • O °C 下的特殊 CO2 等温线
  • 用户自定义条件下的吸附等温线(特种气体)
  • 使用氢气、氮气、氧气、甲烷或其他气体的高压等温线

常见问题

  • 还有哪些表征材料孔隙率的方法?

    汞浸入
    毛细管渗透法
  • 物理吸附和化学吸附之间的区别是什么?

    物理吸附和化学吸附是气体吸附的主要类型。
    二者区别如下表所示:

    物理吸附(物理吸附)化学吸附 (化学吸附)
    非选择性选择性
    弱相互作用(范德华力)强相互作用(化学键)
    能量较低能量较高
    可逆不可逆和可逆

相关资源

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