Dalam bidang sains bahan, pemangkinan, tenaga dan alam sekitar, kawasan permukaan tertentu adalah salah satu parameter penting untuk mengukur prestasi bahan. Kecekapan penjerapan karbon diaktifkan, aktiviti pemangkin, dan prestasi penyimpanan tenaga bahan elektrod sering berkait rapat dengan kawasan permukaannya. Kaedah pengukuran kawasan permukaan yang paling banyak digunakan pada masa ini ialah ujian kawasan permukaan khusus. Artikel ini akan memberikan analisis terperinci tentang ujian BET dari beberapa aspek, termasuk prinsip, penyediaan sampel, pemprosesan data, dan langkah berjaga -jaga.
1 、 PrinsipUjian BET
1.1 Fenomena Adsorpsi dan Kawasan Permukaan Khusus
Di permukaan bahan pepejal, molekul gas akan mematuhi permukaan bahan dalam bentuk penjerapan fizikal, membentuk lapisan molekul tunggal atau berganda. Apabila molekul gas mencapai penjerapan keseimbangan pada permukaan bahan, terdapat hubungan tertentu antara jumlah penjerapan dan tekanan relatif gas. Teori BET dicadangkan berdasarkan fenomena ini.
1.2 Persamaan BET
Teori pertaruhan (Brunauer Emmett Teller) dicadangkan pada tahun 1938, dan terasnya adalah untuk memperoleh kaedah pengiraan untuk kawasan permukaan tertentu melalui tingkah laku penjerapan lapisan pelbagai molekul gas pada permukaan pepejal.
Persamaan BET adalah dalam bentuk:
yang:
(V) Kapasiti penjerapan di bawah tekanan relatif (P/PO)
(VM): Kapasiti penyerapan lapisan molekul tunggal
(P) Tekanan penjerapan
(PO): Tekanan wap tepu
(C) malar, mencerminkan perbezaan antara haba penjerapan dan haba pengewapan
Selepas mendapatkan satu siri data penjerapan melalui eksperimen, graf linear BET boleh diplot (biasanya memilih (P/PO) dalam julat 0.05-0.35), dan VM dan C boleh dikira dari cerun dan memintas, akhirnya memperoleh kawasan permukaan tertentu.
1.3 Pemilihan Gas
Media penjerapan yang biasa digunakan adalah:
Nitrogen (77 k) → pilihan yang paling biasa
Gas Argon (87 K) → Sesuai untuk Bahan Mikroporus
Karbon dioksida (273 K) → Lebih sesuai untuk pengukuran ultramicropore
2 、 Penyediaan sampel
Ujian BET memerlukan pra-rawatan yang sangat tinggi sampel, dan persiapan yang tidak betul boleh membawa kepada sisihan hasil.
2.1 Rawatan Degassing
Tujuan: Untuk menghilangkan kelembapan dan gas kekotoran dari permukaan sampel untuk mengelakkan mempengaruhi data penjerapan.
Kaedah: Vakum atau gas inert tinggi (seperti helium dan nitrogen) biasanya digunakan untuk degassing.
Pemilihan suhu: Tetapkan mengikut sifat bahan, secara amnya dalam lingkungan 80 ℃ -350 ℃.
Bahan rangka polimer atau organik: suhu rendah (80-120 ℃) untuk mengelakkan kerosakan struktur
Oksida bukan organik dan bahan karbon: boleh digunakan pada suhu yang lebih tinggi (200-350 ℃)
2.2 Saiz sampel
Biasanya 50-300 mg sampel diperlukan, bergantung kepada instrumen dan jenis bahan. Bahan serbuk hendaklah disebarkan sama rata untuk mengelakkan pemindahan haba yang lemah yang disebabkan oleh pengumpulan.
2.3 Langkah berjaga -jaga
Elakkan pencemaran udara: Selepas degassing selesai, ia harus dipindahkan ke akhir analisis secepat mungkin untuk mengurangkan penyerapan kelembapan.
Mengekalkan kestabilan struktur: Untuk MOF berliang dan bahan -bahan lain, suhu perlu dikawal dengan teliti untuk mengelakkan keruntuhan kristal.
Kebolehulangan: Cuba untuk menguji kumpulan sampel yang sama di bawah keadaan yang sama sebanyak mungkin untuk meningkatkan perbandingan data.
3 、 BET Menguji langkah percubaan
3.1 Mendapatkan isotherms desorpsi penjerapan
Sampel memuatkan tiub → Tetap di kolam sampel
Rawatan Degassing → Pastikan kebersihan permukaan
Penyejukan perangkap sejuk → nitrogen cecair (77 k) atau kaedah penyejukan lain
Secara beransur -ansur meningkatkan tekanan → Catat jumlah penjerapan gas di bawah tekanan relatif yang berbeza
Kitaran Lengkap → Dapatkan Isotherm Desorpsi Penyerapan Lengkap
3.2 Pemilihan Selang Bet
Biasanya dipasang dalam julat 0.05-0.35 p/p0
Mesti memenuhi kriteria konsistensi pertaruhan
4 、 Pemprosesan dan Pengiraan Data
4.1 Pengiraan kapasiti penjerapan lapisan molekul tunggal
Dengan bersesuaian dengan persamaan BET, cerun (k) dan memintas (b) boleh diperolehi, dan yang berikut dapat dikira:
4.2 Pengiraan kawasan permukaan tertentu
Memandangkan kawasan keratan rentas molekul gas (molekul nitrogen adalah kira-kira 0.162 nm ²), maka:
yang:
(NA): Pemalar Avogadro
(σ) Kawasan rentas molekul gas
(m): Kualiti contoh
4.3 Analisis isotherms desorpsi penjerapan
Sebagai tambahan kepada kawasan permukaan tertentu, maklumat juga boleh didapati dari isotherms dan gelung histerisis:
Pengagihan apertur: dikira menggunakan kaedah BJH atau DFT
Jumlah liang: Dianggarkan dari kapasiti penjerapan di bawah tekanan relatif tinggi
Jenis Struktur Liang: Isotherms I-VI dan lengkung histerisis sesuai dengan struktur liang yang berbeza
5 、 Jenis dan analisis struktur liang
Sebagai tambahan kepada kawasan permukaan tertentu, ujian BET digabungkan dengan BJH, DFT dan kaedah lain juga boleh memberikan maklumat pengedaran saiz liang.
Micropores (<2 nm)
Mesopores (2-50 nm)
Macropores (> 50 nm)
Aperture lebih besar daripada 50 nm.
Dalam penjerapan nitrogen, ia biasanya mempamerkan isotherm jenis II, dan kapasiti penjerapan terus meningkat dengan peningkatan tekanan.
Macropores sendiri tidak banyak menyumbang kepada kawasan permukaan tertentu, tetapi mereka memainkan peranan sebagai "saluran penghantaran" dalam bahan -bahan struktur berliang komposit, yang dapat meningkatkan prestasi penyebaran.
Aperture adalah antara 2-50 nm.
Ia mempamerkan lengkung jenis IV dalam isotherm desorpsi penjerapan, dengan gelung histeresis yang jelas.
Secara meluas dalam bahan -bahan seperti silika, alumina, karbon mesoporous, dll.
Kelebihan: Berfungsi untuk pemindahan jisim molekul, yang biasa digunakan sebagai pembawa pemangkin.
Saiz liang kurang daripada 2 nm, menyediakan kawasan permukaan yang sangat tinggi.
Biasanya terdapat dalam karbon, zeolit, MOF, dll.
Penyerapan nitrogen pada 77 K mungkin dihadkan oleh penyebaran, dan penjerapan CO ₂ diperlukan untuk menambah pengukuran.
6 、 Masalah dan langkah berjaga -jaga yang biasa
Pemilihan selang BET yang tidak betul: Tekanan relatif terlalu rendah atau terlalu tinggi boleh menyebabkan sisihan yang sesuai.
Degassing yang berlebihan atau tidak mencukupi:
Berlebihan → keruntuhan struktur material
Tidak mencukupi → kekotoran sisa permukaan, kapasiti penjerapan adalah tinggi
Aktiviti sampel yang berlebihan: Sesetengah pemangkin boleh berinteraksi dengan nitrogen semasa proses ujian, yang memerlukan perhatian khusus.
Kesukaran dalam membandingkan hasil: Makmal yang berbeza boleh menggunakan keadaan pra-rawatan yang berbeza, jadi apabila menerbitkan data, suhu degassing, masa, dan jenis gas yang terserap harus ditunjukkan.
7 、 Kawasan Permohonan Ujian BET
Pembangunan pemangkin
Lebih besar kawasan permukaan tertentu, tapak yang lebih aktif ada, dan aktiviti pemangkin biasanya lebih tinggi.
bahan tenaga
Prestasi penyimpanan tenaga bahan elektrod untuk bateri litium dan kapasitor berkait rapat dengan kawasan permukaan dan struktur liang tertentu.
Bahan penyerap dan pemisahan
Prestasi penjerapan karbon, zeolit, MOF, dan lain -lain secara langsung bergantung kepada kawasan permukaan tertentu.
tadbir urus alam sekitar
Bahan kawasan permukaan khusus yang tinggi diperlukan untuk penjerapan dan penyingkiran bahan pencemar seperti VOC dan ion logam berat.
BET ujian kawasan permukaan tertentu, sebagai kaedah pencirian klasik dan praktikal, telah digunakan dalam bidang sains bahan selama lebih dari 80 tahun. Melalui penyediaan sampel yang munasabah, pemilihan selang, dan pemprosesan data, penyelidik boleh mendapatkan kawasan permukaan yang tepat dan maklumat struktur liang, memberikan sokongan data pepejal untuk reka bentuk bahan dan pengoptimuman prestasi.
Sat Nano adalah pembekal terbaikbahan nano dan mikroDi China, kami boleh membekalkan serbuk logam, serbuk karbida, serbuk oksida dan sebagainya, kami bukan sahaja membekalkan produk, tetapi juga membekalkan perkhidmatan ujian yang berbeza seperti SEM, ujian bet, jika anda mempunyai pertanyaan, sila hubungi kami di sales03@satnano.com
