氮气吸附脱附曲线复习过程
n2吸附脱附等温线
n2吸附脱附等温线N2吸附脱附等温线是用于研究材料表面性质的一种重要手段。
本文将按照以下步骤，阐述N2吸附脱附等温线所包含的内容及其应用。
1. 什么是N2吸附脱附等温线？N2吸附脱附等温线是利用氮气对材料表面进行吸附和脱附实验，得到的吸附量与氮气压力的关系曲线。
这条曲线多数呈N形，其中有两个重要的节点：吸附量最大值和相应的氮气压力。
2. N2吸附脱附等温线的意义与应用N2吸附脱附等温线可以说明材料的孔结构、比表面积、孔径大小及分布等信息。
吸附量最大值可表示材料的比表面积，节点处的氮气压力则可表示孔径大小。
比表面积是影响材料催化、吸附等性质的重要因素之一。
通过测量比表面积，可以了解材料的催化活性、吸附能力、分离成分等性能特征。
孔径大小及分布则可影响材料的分离功能、传质性质、稳定性等。
3. 实验步骤进行N2吸附脱附实验的过程分为以下几个步骤：（1）样品处理：样品必须在真空环境中处理，将样品置于高温高真空条件下去除其水、气等杂质。
（2）吸附方法：以具有已知饱和压力和温度的氮气气体为吸附剂，将氮气不断注入试样，直至达到吸附平衡。
（3）脱附方法：在采用凝析法进行N2脱附时，降低温度或升高压力即可导致N2从孔中排放出来，直至脱附完毕。
（4）数据处理：利用吸附、脱附实验得到的数据（吸附量、氮气压力等），绘制出N2吸附脱附等温线。
4. 注意事项进行N2吸附脱附实验时需要注意以下几点：（1）确保样品表面处理干净，避免产生不必要的误差。
（2）严格控制温度、压力等实验条件，确保实验的准确性。
（3）根据所需测试范围，选择合适的测试量程和测试区间，避免测试数据超过量程或过分集中在某一范围内。
总之，N2吸附脱附等温线是解析材料性质的重要方法，通过实验的手段可以准确地了解材料的孔结构、比表面积、孔径大小及分布等信息，以此为依据，进行更深入的材料表面性质研究与应用。
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。
BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。
平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
氮气吸脱附曲线
氮气吸脱附曲线氮气的吸附和脱附曲线是氮气的收缩-膨胀特性的重要反映。
氮气的动力学特性主要是受到量子化，量子化和保守力的影响，受到操作压力和温度的影响。
在此基础上，本文将重点介绍氮气的吸附脱附曲线的形成原理，以及吸附脱附曲线特性，并从本质上讨论氮气收缩-膨胀特性。
一、氮气吸附脱附曲线的形成原理氮气的吸附和脱附曲线是由操作压力和温度的变化而形成的。
在操作压力和温度变化的条件下，氮气的量子效应受到抑制，氮气的温度改变了温度参数的调节，也改变了气体的结构本质；而在低压和温度环境下，氮气的量子化作用受到抑制，并且量子作用强度变小，随着操作压力和温度的增加，氮气的量子化作用逐渐增强，量子作用本质也改变，从而形成氮气的吸附脱附曲线。
吸附脱附曲线是由多个氮气分子投射到容器内造成氮气分子的撞击碰撞，在多个氮气分子的碰撞环境中，一些氮气分子能够以一定的能量，并在不同的温度条件和压力条件下，与容器的壁面有效结合，也就是吸附，而另一些氮气分子能够以一定的能量，并在不同的温度和压力条件下，从容器中释放出来，也就是脱附，这就是氮气吸附脱附曲线的形成原理。
二、氮气吸附脱附曲线的特性氮气的吸附脱附曲线的特性主要表现在以下几个方面：1、在低温低压条件下，氮气的吸附脱附曲线表现出一种S型特性，即随着温度的升高，氮气的吸附脱附量也增加；2、在中温中压的条件下，氮气的吸附脱附曲线比较平缓，即随着温度的升高，氮气的吸附脱附量并不会增加；3、在高温高压条件下，氮气的吸附脱附曲线表现出一种有自发现象的特性，即在高温高压条件下，氮气的吸附脱附量会有一种自发的现象，也就是随着温度的升高，氮气的吸附脱附量会急剧增加。
三、氮气收缩-膨胀特性的本质氮气收缩-膨胀是指氮气在不同的温度压力环境下的体积的变化情况，这与氮气的量子特性有关，也与氮气的量子化作用有关。
在温度和压力不变的情况下，氮气的量子特性不变，氮气的体积也不变，但是当温度和压力发生变化的时候，氮气的量子化作用也会受到影响，氮气的体积就会发生变化，这种变化就会形成氮气收缩-膨胀现象。
氮气吸附脱附曲线分析
氮气吸附脱附曲线分析
氮气吸附脱附曲线分析是一种通过测量样品在不同氮气浓度条件下的吸附量，然后绘制出脱附-吸附曲线以了解样品的吸附特性的方法。
此方法可用于研究各种吸附剂的吸附性能，例如催化剂、固定剂、分离剂等。
它可以帮助我们确定样品的最佳吸附条件，并在实验中检测不同吸附条件下的吸附行为。
典型的氮气吸附脱附曲线的绘制过程如下：
1. 将样品放入合适的吸附容器中，将容器内的氮气浓度调节到一定值，开始进行吸附实验。
2. 测量样品在当前氮气浓度下的吸附量。
3. 重复第一、二步，直到完成调节氮气浓度的所有实验。
4. 绘制出脱附-吸附曲线，并从曲线上获得有关样品吸附性能的信息。
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔围孔道。
BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。
平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※ STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
氮气吸脱附实验
BJH模型（Barrett-Joiner- Halenda）
假定吸附层厚度t只与相对压力有关而与孔半径无关
滞后现象hysteresis:吸附曲线和脱附曲线不重合
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
Two-Dimensional Hexagonally-Ordered Mesoporous Carbon Nitrides with Tunable Pore Diameter, Surface Area and NitrogenContent
差值较大， 差值较小，
说明气体与固体表面相互作用强 • c ~ 1，气体在固体表面的吸附热与冷凝热的 说明气体与固体表面相互作用弱
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况：
边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数 1 103 109 1015 1021
固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。
孔分布： 各种孔径的孔体积占总体积的多少 大孔(>50nm); 中孔(2-50nm); 微孔(<2nm) 孔分布曲线： (吸附总量-孔径) 微分量-半径(dV/dr-r) 最可几孔径：比例最大的孔 吸附气体都能浸润吸附剂固体 , 发生毛细凝聚 浸润, 接触角0-90o, cos > 0, ln (p/p0) < 0 ，p < p0, 未达到饱和蒸汽压就发生凝聚。 如果能在实验中测出不同压力时的吸附量， 就可以利用Kelvin公式计算它的孔径分布。
氮气等温吸脱附实验原理以及应用
Wen Chao
2011.9.29
BET
单位重量催化剂的表面积，以m2 g-1表示
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径散布的假设干说明咱们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，积、孔径散布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
常常听到有同窗说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传奇中的BET公式处置了一下，取得单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此罢了。
◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实能够这么明白得，以相对压力为X轴，吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴那么说明材料与氮有较强作使劲(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作使劲弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。
BJH方式确实是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，那么粒子未必均匀。
平常取得的总孔容一般是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时以为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，那么可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※ STP每mL分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方式取得的比表面积那么是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方式处置可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
N2吸附脱附测试技术及分析
H1型迟滞回线
❖ 均匀大小且形状规则 的孔
❖ 吸附时吸附质一层一 层的吸附在孔的表面 （孔径变小）
❖ 脱附时为弯月面
圆筒状孔道毛细凝聚（a）吸附（b）脱附示意 图
H2型迟滞回线
❖ 吸附分支由于发生毛细凝 聚现象儿逐渐上升；吸附 时凝聚在空口的液体为孔 体的吸附和凝聚提供蒸汽 。
❖ 脱附分支在较低的相对压 力下突然下降；脱附时， 空口的液体阻挡孔体蒸发 处的气体，必须等到压力 小到一定程度。
开始凝聚 开始蒸发
H3和H4型迟滞回线
❖ 形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟 滞环
❖ H4也是狭缝孔，区别于粒子堆 集，是一些类似由层状结构产 生的孔。
❖ 开始凝聚时，由于气液界面是 大平面，只有当压力接近饱和 蒸汽压时才发生毛细凝聚（吸 附等温线类似Ⅱ型）。蒸发时 ，气液界面是圆柱状，只有当 相对压力满足时，蒸发才能开 始。
2.吸附理论
II型等温线：S 型等温线
❖ 大孔材料 ❖ 相对压力较低时，主
要是单分子层吸附，B 点对应于单分子层的 饱和吸附量 ❖ 饱和蒸汽压时，吸附 层无限大
2.吸附理论
III型等温线： 在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B
❖ 在憎液性表面发生多分子 层，或固体和吸附质的吸 附相互作用小于吸附质之 间的相互作用时
❖ 低比压区与单层吸附有关，由于单层吸 附的可逆性，所以在低比压区不存在迟 滞现象
❖ 吸附时由孔壁的多分子层吸附和在空 中凝聚两种因素产生，而脱附仅由毛 细管凝聚所引起。
❖ 吸附时首先发生多分子层吸附，只有当 孔壁上的吸附层达到足够厚度时才能发 生凝聚现象。
❖ 在与吸附相同的比压下脱附时仅发生在 毛细管中的液面上的蒸汽，却不能使相 同比压下吸附的分子脱附。要使其脱附 ，就需要更小的比压，故出现脱附的滞 后现象。
N2吸脱附曲线说明
N2吸脱附曲线说明计算氮等温吸附和解吸的比表面积和孔径分布的几点注意事项我们获得的数据只是真实的吸收-解吸曲线。
比表面积、孔径分布、孔容等都是主观和人为的数据。
经常听到一些学生说要做一个BET，但他们实际做的不是BET，而是氮气等温吸附-解吸曲线。
BET(Brunauer-Emmet-Teller)只处理N2-N2-吸附等温线中p/p0=0.05~0.35之间的一小段，用著名的BET公式获得单层吸附数据Vm，然后根据它计算比表面积，如此而已。
◆六种吸附等温线几乎每一本类似的参考书都会提到前五类是BDDT(布鲁纳-戴明-戴明-泰勒)。
首先，他们四个人把大量的等温线分成五类，而第六类台阶状的是星升。
每种类型都有一组语句。
事实上，可以理解，相对压力是X轴，氮吸附量是Y轴。
X轴相对压力大致分为三个部分:低压(0.0-0.1)、中压(0.3-0.8)和高压(0.90-1.0)。
那么吸附曲线为:低压端偏离y轴表明材料对氮气有很强的作用力。
类型？？类型，类型iv)，许多微孔由于微孔隙中的强吸附势，显示在吸附曲线的起点？类型；材料作用力(？)对低压端偏离x轴的解释较弱？？类型五)。
中压端主要是氮气在材料孔隙中的冷凝和积聚。
中孔分析来自这些数据，包括样品颗粒堆积产生的孔和有序或梯度中孔内的孔。
BJH方法基于本节获得的孔径数据。
高压段可以大致看出颗粒堆积的程度，如？如果模型最终上升，粒子可能不均匀。
通常，当相对压力约为0.99时，获得的总孔体积通常是氮吸附的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度为77K时，液氮六方密堆积态氮分子的横截面积为0.162平方纳米，形成单层铺展时，单层厚度为0.354纳米※在标准温度和压力下冷凝1毫升氮气后(假设冷凝密度不变)，体积为0.001547毫升例如，当吸附曲线p/p0在下面的吸附图中最大时，如果氮气的吸附容量为约400毫升，可以看出总孔体积= 400 * 0.001547 = 400/654 =约0.61毫升STP占地4.354平方米/毫升的氮分子铺砌成单层。
吸附脱附曲线分析
吸附等温线- 概述吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。
在一定温度下,分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示〔1〕。
作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等,而宏观地总括这些特性的是吸附等温线〔2〕。
吸附等温曲线用途广泛,在许多行业都有应用。
在地质科学方面,可以用于基于吸附等温线的表面分形研究及其地球科学应用〔3〕;在煤炭方面,煤对混合气体中CH4和CO2的吸附呈现出不同的吸附特点;煤对CO2优先吸附,并且随着压力的升高,煤对CO2选择性吸附…吸附等温线- 吸附等温线平衡在恒定温度下，对应一定的吸附质压力，固体表面上只能存在一定量的气体吸附。
通过测定一系列相对压力下相应的吸附量，可得到吸附等温线。
吸附等温线是对吸附现象以及固体的表面与孔进行研究的基本数据，可从中研究表面与孔的性质，计算出比表面积与孔径分布。
吸附等温线有以下六种（图 1）。
前五种已有指定的类型编号，而第六种是近年补充的。
吸附等温线的形状直接与孔的大小、多少有关。
Ⅰ型等温线：Langmuir 等温线相应于朗格缪单层可逆吸附过程，是窄孔进行吸附，而对于微孔来说，可以说是体积充填的结果。
样品的外表面积比孔内表面积小很多，吸附容量受孔体积控制。
平台转折点对应吸附剂的小孔完全被凝聚液充满。
微孔硅胶、沸石、炭分子筛等，出现这类等温线。
这类等温线在接近饱和蒸气压时，由于微粒之间存在缝隙，会发生类似于大孔的吸附，等温线会迅速上升。
Ⅱ型等温线：S 型等温线相应于发生在非多孔性固体表面或大孔固体上自由的单一多层可逆吸附过程。
在低P/P0处有拐点B，是等温线的第一个陡峭部,它指示单分子层的饱和吸附量，相当于单分子层吸附的完成。
随着相对压力的增加，开始形成第二层，在饱和蒸气压时，吸附层数无限大。
这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于 20nm时常遇到。
它的固体孔径尺寸无上限。
N2 吸附脱附复习课程
N2吸附脱附氮气等温吸脱附计算比★★注意★★我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。
BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。
平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL 例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※ STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
氮气吸脱附实验
固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。
中孔孔结构的计算 - 毛细凝聚法 大孔孔结构的计算 - 压汞法 微孔孔结构 层厚法
毛细凝聚现象 孔 = 毛细管；孔中的吸附 = 毛细凝聚
Kelvin公式：ln (p/p0) = - (2σV cosφ)/rRT 公式： σ φ 公式 σ 表面张力，V 液体摩尔体积，r 半径，φ 接触角 接触角, 0-90o, 浸润, 凹月面状 接触角, 90-180 o, 不浸润, 凸月面状
氮气等温吸脱附实验原理以及应用 氮气等温吸脱附实验原理以及应用
Wen Chao
2011.9.29
BET
单位重量催化剂的表面积， 单位重量催化剂的表面积，以m2 g-1表示
① 固体表面是均匀的 ② 吸附分子间无相互作用力 ③ 当p=p0时吸附层厚度趋于无穷大 ④ 吸附平衡时，每一层的蒸发速度等于其 凝聚速度
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
Two-Dimensional Hexagonally-Ordered Mesoporous Carbon Nitrides with Tunable Pore Diameter, Surface Area and NitrogenContent
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353 ，
Comparative plot representing the pressures observed for capillary pore condensation (ads.) and evaporation (des.) in the cases of hexagonal mesoporous silica (MCM-41, SBA-15) materials and the respective 3-D cubic mesoporous silica (MCM-48, KIT-6) materials, as a function of mesopore size. The three different hysteresis regime regions are indicated.
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布的若干说明我们拿到的数据，只有吸脱附曲线是真实的，比表面积、孔径分布、孔容之类的都是带有主观人为色彩的数据。
经常听到有同学说去做个BET，其实做的不是BET，是氮气等温吸脱附曲线，BET（Brunauer-Emmet-Teller）只是对N2-Sorption isotherm中p/p0=0.05~0.35之间的一小段用传说中的BET公式处理了一下，得到单层吸附量数据Vm，然后据此算出比表面积，如此而已。
◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到，前五种是BDDT(Brunauer-Deming-Deming-Teller)分类，先由此四人将大量等温线归为五类，阶梯状的第六类为Sing增加。
每一种类型都会有一套说法，其实可以这么理解，以相对压力为X轴，氮气吸附量为Y轴，再将X轴相对压力粗略地分为低压（0.0-0.1）、中压(0.3-0.8)、高压（0.90-1.0）三段。
那么吸附曲线在：低压端偏Y轴则说明材料与氮有较强作用力(І型，ІІ型，Ⅳ型)，较多微孔存在时由于微孔内强吸附势，吸附曲线起始时呈І型；低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型，Ⅴ型)。
中压端多为氮气在材料孔道内的冷凝积聚，介孔分析就来源于这段数据，包括样品粒子堆积产生的孔，有序或梯度的介孔范围内孔道。
BJH方法就是基于这一段得出的孔径数据；高压段可粗略地看出粒子堆积程度，如І型中如最后上扬，则粒子未必均匀。
平常得到的总孔容通常是取相对压力为0.99左右时氮气吸附量的冷凝值。
◆几个常数※液氮温度77K时液氮六方密堆积氮分子横截面积0.162平方纳米，形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0.354nm※标况（STP）下1mL氮气凝聚后（假定凝聚密度不变）体积为0.001547mL例：如下面吸脱附图中吸附曲线p/p0最大时氮气吸附量约为400 mL，则可知总孔容＝400*0.001547＝400/654＝约0.61mL※STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积4.354平方米例：BET方法得到的比表面积则是S/(平方米每克)＝4.354*Vm，其中Vm由BET方法处理可知Vm=1/(斜率＋截距)◆以SBA-15分子筛的吸附等温线为例加以说明此等温线属IUPAC 分类中的IV型，H1滞后环。
N2吸脱附曲线说明
关于氮气等温吸脱附计算比表面积、孔径分布得若干说明我们拿到得数据,只有吸脱附曲线就是真实得,比表面积、孔径分布、孔容之类得都就是带有主观人为色彩得数据。
经常听到有同学说去做个BET,其实做得不就是BＥＴ,就是氮气等温吸脱附曲线,BEＴ(Brunaｕer—Emmet-Teｌler)只就是对N２-Sorｐｔioｎisothｅrm中p／p0=０。
０5～0.3５之间得一小段用传说中得ＢＥＴ公式处理了一下,得到单层吸附量数据Ｖｍ,然后据此算出比表面积,如此而已。
ﻫ◆六类吸附等温线类型几乎每本类似参考书都会提到,前五种就是ＢDＤT(Ｂruｎauer—Deminｇ-Ｄeminｇ—Telｌｅr)分类,先由此四人将大量等温线归为五类,阶梯状得第六类为Sｉng增加、每一种类型都会有一套说法,其实可以这么理解,以相对压力为X轴,氮气吸附量为Y轴,再将X轴相对压力粗略地分为低压(0.0—0。
1)、中压(0.3－0。
8)、高压(０、9０—1。
0)三段。
那么吸附曲线在:ﻫ低压端偏Ｙ轴则说明材料与氮有较强作用力(І型,ІІ型,Ⅳ型),较多微孔存在时由于微孔内强吸附势,吸附曲线起始时呈І型;低压端偏X轴说明与材料作用力弱(ІІІ型,Ⅴ型)、中压端多为氮气在材料孔道内得冷凝积聚,介孔分析就来源于这段数据,包括样品粒子堆积产生得孔,有序或梯度得介孔范围内孔道。
BJH方法就就是基于这一段得出得孔径数据;ﻫ高压段可粗略地瞧出粒子堆积程度,如І型中如最后上扬,则粒子未必均匀。
平常得到得总孔容通常就是取相对压力为0。
99左右时氮气吸附量得冷凝值。
◆几个常数※液氮温度7７Ｋ时液氮六方密堆积氮分子横截面积０。
1６2平方纳米,形成单分子层铺展时认为单分子层厚度为0。
3５４ｎmﻫ※标况(STＰ)下1mL氮气凝聚后(假定凝聚密度不变)体积为0、001５４7mLﻫ例:如下面吸脱附图中吸附曲线p／p0最大时氮气吸附量约为400 mL,则可知总孔容=400＊0、00154７=40０/654＝约0、61mＬ※STP每mL氮气分子铺成单分子层占用面积４。
氮气吸脱附实验
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353
KIT-6-130
J. Phys. Chem. C,201， 114, 9353
rise to type H2 hysteresis due to pore blocking/percolation
independent pore model delayed condensation
Two-Dimensional Hexagonally-Ordered Mesoporous Carbon Nitrides with Tunable Pore Diameter, Surface Area and NitrogenContent
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。
用BET法测定固体比表面，最常用的吸附质是氮化点77.2K附近。低温可以避 免化学吸附的发生。将相对压力控制在0.05～0.25之间，是因为当相对压力低 于0.05时，不易建立多层吸附平衡；高于0.25时，容易发生毛细管凝聚作用。
固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。
中孔孔结构的计算 - 毛细凝聚法 大孔孔结构的计算 - 压汞法 微孔孔结构 层厚法
孔分布： 各种孔径的孔体积占总体积的多少 大孔(>50nm); 中孔(2-50nm); 微孔(<2nm)
孔分布曲线： (吸附总量-孔径) 微分量-半径(dV/dr-r) 最可几孔径：比例最大的孔
毛细凝聚现象 孔 = 毛细管；孔中的吸附 = 毛细凝聚
Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816–827
Circles:MCN-1-100, squares: MCN-1-130, and triangles: MCN-1-150
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氮气吸附脱附曲线
1. I 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为I 类吸附等温线？
I型等温线弯向P/P0轴，其后的曲线呈水平或近水平状，吸附量接近一个极限值，是典型的Langmuir等温线。
吸附量趋于饱和是由于受到吸附气体能进入的微孔体积的制约，而不是由于内部表面积。
在P/P0非常低时吸附量急剧上升，这是因为在狭窄的微孔（分子尺寸的微孔）中，吸附剂-吸附物质的相互作用增强，从而导致在极低相对压力下的微孔填充。
但当达到饱和压力时
（P/P0>0.99），可能会出现吸附质凝聚，导致曲线上扬。
•
微孔材料表现为I类吸附等温线。
对于在77K的氮气和87•K的氩气吸附而言，I(a):• 是只具有狭窄微孔材料的吸附等温线，一般孔宽小于1•nm。
•I(b):• 微孔的孔径分布范围比较宽，可能还具有较窄介孔。
这类材料的一般孔宽小于2.5•nm。
•具有相对较小外表面的微孔固体（例如，某些活性炭，沸石分子筛和某些多孔氧化物）具有可逆的I型等温线。
其特点是吸附很快达到饱和。
•
2. II 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为II 类吸附等温线？
无孔或大孔材料产生的气体吸附等温线呈现可逆的II 类等温线。
其线形反映了不受限制的单层-多层吸附。
如果膝形部分的曲线是尖锐的，应该能看到拐点B，它是中间几乎线性部分的起点——该点通常对应于单层吸附完成并结束；如果这部分曲线是更渐进的弯曲（即缺少鲜明的拐点B），表明单分子层的覆盖量和多层吸附的起始量叠加。
当P/P0•=1 时，还没有形成平台，吸附还没有达到饱和，多层吸附的厚度似乎可以无限制地增加。
•
3. III 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为III 类吸附等温线？
III型等温线也属于无孔或大孔固体材料。
它不存在B点，因此没有可识别的单分子层形成；吸附材料-吸附气体之间的相互作用相对薄弱，吸附分子在表面上在最有引力的部位周边聚集。
对比II型等温线，在饱和压力点（即，在
P/P0=1处）的吸附量有限。
•
4. IV 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为IV 类吸附等温线？
IV型等温线是来自介孔类吸附剂材料（例如，许多氧化物胶体，工业吸附剂和介孔分子筛）。
介孔的吸附特性是由吸附剂-吸附物质的相互作用，以及在凝聚状态下分子之间的相互作用决定的。
在介孔中，介孔壁上最初发生的单层-多层吸附与II型等温线的相应部分路径相同，但是随后在孔道中发生了凝聚。
孔凝聚是这样一种现象：一种气体在压力P小于其液体的饱和压力P0时，在一个孔道中冷凝成类似液相。
一个典型的IV型等温线特征是形成最终吸附饱和的平台，但其平台长度是可长可短（有时短到只有拐点）。
IVa型等温线的特点是在毛细管凝聚后伴随回滞环。
当孔宽超过一定的临界宽度，开始发生回滞。
孔宽取决于吸附系统和温度，例如，在筒形孔中的氮气/77K和氩气/87K吸附，临
界孔宽大于4nm。
具有较小宽度的介孔吸附材料符合IVb型等温线，脱附曲线完全可逆。
原则上，在锥形端封闭的圆锥孔和圆柱孔（盲孔）也具有IVb型等温线。
•
5. V类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为V类吸附等温线？
在P/P0较低时，V型等温线形状与III型非常相似，这是由于吸附材料-吸附气体之间的相互作用相对较弱。
在更高的相对压力下，存在一个拐点，这表明成簇的分子填充了孔道。
例如，具有疏水表面的微/介孔材料的水吸附行为呈V 型等温线。
6.VI 类吸附等温线都有哪些特点？哪种多孔材料表现为VI 类吸附等温线？
VI型等温线以其台阶状的可逆吸附过程而著称。
这些台阶来自在高度均匀的无孔表面的依次多层吸附，即材料的一层吸附结束后再吸附下一层。
台阶高度表示各吸附层的容量，而台阶的锐度取决于系统和温度。
•在液氮温度下的氮气吸附，无法获得这种等温线的完整形式。
VI型等温线中最好的例子是石墨化炭黑在低温下的氩吸附或氪吸附。
1.H1型回滞环所显示的孔结构信息
孔径分布较窄的圆柱形均匀介孔材料具有H1 型回滞环，例如，在模板化二氧化硅（MCM-41，MCM-48，SBA-15）、可控孔的玻璃和具有有序介孔的碳材料中都能看到H1 型回滞环。
通常在这种情况下，由于孔网效应最小，其最明显标志就是回滞环的陡峭狭窄，这是吸附分支延迟凝聚的结果。
但是，H1 型回滞环也会出现在墨水瓶孔的网孔结构中，其中“孔颈”的尺寸分布宽度类似于孔道/空腔的尺寸分布的宽度（例如，3DOM 碳材料）
2. H2型回滞环所表示的孔结构信息
H2 型回滞环是由更复杂的孔隙结构产生的，网孔效应在这里起了重要作用。
其中，H2(a)是孔“颈”相对较窄的墨水瓶形介孔材料。
H2(a)型回滞环的特征是具有非常陡峭的脱附分支，这是由于孔颈在一个狭窄的范围内发生气穴控制的蒸发，也许还存在着孔道阻塞或渗流。
许多硅胶，一些多孔玻璃（例如，耐热
耐蚀玻璃）以及一些有序介孔材料（如SBA-16 和KIT-5 二氧化硅）都具有
H2(a)型回滞环。
H2(b)是孔“颈”相对较宽的墨水瓶形介孔材料。
H2(b)型回滞环也与孔道堵塞相关，但孔颈宽度的尺寸分布比H2(a)型大得多。
在介孔硅石泡沫材料和某些水热处理后的有序介孔二氧化硅中，可以看到这种类型的回滞环实例。
•
3. H3型回滞环能带给我们的孔结构信息•
H3 见于层状结构的聚集体，产生狭缝的介孔或大孔材料。
H3型的回滞环有两个不同的特征：（i）吸附分支类似于II型等温吸附线；（ii）脱附分支的下限通常位于气穴引起的P/P0压力点。
这种类型的回滞环是片状颗粒的非刚性聚集体的典型特征（如某些粘土）。
另外，这些孔网都是由大孔组成，并且它们没有被孔凝聚物完全填充。
•
4. H4型回滞环都告诉我们哪些孔结构信息？•
H4 型回滞环与H3 型的回滞环有些类似，但吸附分支是由I 型和II 型等温线复合组成，在P/P0的低端有非常明显的吸附量，与微孔填充有关。
H4 型的回滞环通常发现于沸石分子筛的聚集晶体、一些介孔沸石分子筛和微-介孔碳材料，是活性炭类型含有狭窄裂隙孔的固体的典型曲线。
•
5. H5型回滞环的孔结构信息•
H5：很少见，发现于部分孔道被堵塞的介孔材料。
虽然H5 型回滞环很少见，但它有与一定孔隙结构相关的明确形式，即同时具有开放和阻塞的两种介孔结构（例如，插入六边形模板的二氧化硅）。
通常，对于特定的吸附气体和吸附温度，H3，H4和H5 回滞环的脱附分支在一个非常窄的P/P0 范围内急剧下
降。
例如，在液氮下的氮吸附中，这个范围是 P/P0•～0.4-0.5。
这是H3，H4 和H5 回滞环的共同特征。
•。