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吸附质对实验的影响

2018.7.25

77K下的N2是微孔和介孔分析zui常用的吸附质,但同时N2吸附对微孔,特别是在超微孔范围(孔径< 7Å),的定量评估一般不能令人满意。因此,已经建议替代的分子探针为ArCO2。尽管N2ArCO2动力学直径类似(分别为0.360.340.331】),但是这三种吸附物质的吸附行为是完全不同的。由于没有四极矩作用,Ar不会与大多数表面功能团和暴露的离子发生特异性相互作用,因此在沸点温度(87.3K)的Ar吸附对于许多微孔系统(特别是分子筛、socMOF等材料)可以给出更准确的孔径信息。以FAU分子筛为例,Ar可在较高的相对压力下(10-5<P/P0<10-3填充0.5-1nm尺度的微孔(氮气填充需要在10-7<P/P0<10-5范围),这导致扩散和平衡加速,在合理的时间内获得高分辨率吸附等温线(图2a)。图2a实例欧州标准物质委员会颁布的标准物BCR704/FD107(同一样品,分析方法不同所用系统名不同)中,在美国康塔仪器公司zui新的AutosorbiQ比表面及孔隙度分析仪上得到的Ar(87K)的实验时间为30小时而N2(77K)所需的试验时间为56小时。在MOF材料,例如高离子化架构的socMOF中,也能观察到Ar87K)在相对高的压力区间对微孔进行填充。但是对于碳材料,尤其是未经表面修饰的碳材料,由于表面原子与N2的四极矩作用较小,可以观察到在Ar87K)和N277K)吸附行为非常类似(图2b)。

        对于273KCO2,由于受到CO2气体饱和蒸汽压、液化温度及三相点等物理性质的影响,CO2无法在介孔中发生毛细管凝聚过程,即无法对介孔孔径分布进行计算。但是对于小于1.5nm的微孔来说,得益于CO2分子较小的动力学直径,CO2是一种非常有用的分析探针。


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