第一部分基本原理介绍.PDF

北京大学化学学院中级仪器实验室 比表面孔分布仪操作手册 低温静态容量法测定固体比表面和孔径分布 第一部分 基 本 原 理 一． 背景知识 细小粉末中相当大比例的原子处于或靠近表面。如果粉末的颗粒有裂 缝、缝隙或在表面上有孔，则裸露原子的比例更高。固体表面的分子与内部 分子不同，存在剩余的表面自由力场。同样的物质，粉末状与块状有着显著 不同的性质。与块状相比，细小粉末更具活性，显示出更好的溶解性，熔结 温度更低，吸附性能更好，催化活性更高。这种影响是如此显著，以至于在 某些情况下，比表面积及孔结构与化学组成有着相当的重要性。因此，无论 在科学研究还是在生产实际中，了解所制备的或使用的吸附剂的比表面积和 孔径分布有时是很重要的事情。例如，比表面积和孔径分布是表征多相催化 剂物化性能的两个重要参数。一个催化剂的比表面积大小常常与催化剂活性 的高低有密切关系，孔径的大小往往决定着催化反应的选择性。目前，已发 展了多种测定和计算固体比表面积和孔径分布的方法，不过使用最多的是低 温氮物理吸附静态容量法。 1． 吸附 气体与清洁固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相，这种现 象称吸附（adsorption）。吸附气体的固体物质称为吸附剂（adsorbent） ；被吸附的气体称为吸附质（adsorptive）；吸附质在表面吸附以后的状 态称为吸附态。 吸附可分为物理吸附和化学吸附。 化学吸附：被吸附的气体分子与固体之间以化学键力结合，并对它们的性 质有一定影响的强吸附。 物理吸附：被吸附的气体分子与固体之间以较弱的范德华力结合，而不影 响它们各自特性的吸附。 两种吸附的不同特征 化 学 吸 附 物 理 吸 附 吸附热 较大 较小 吸附速率 需要活化，速率慢 不需要活化，速率快 发生温度 高温（高于气体液化点） 接近气体液化点 选择性 有选择性，与吸附质、吸 无选择性，任何气体可在 附剂性质有关 任何吸附剂上吸附 吸附层 单层 多层 由于物理吸附的“惰性”，通过物理吸附的行为及吸附量的大小可 以确定固体的表面积、孔体积及其孔径分布。 1 北京大学化学学院中级仪器实验室 比表面孔分布仪操作手册 2． 孔的定义 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。有孔的物质叫做多孔体(porous material)，没有孔的物质是非 孔体(nonporous material)。多孔体具有各种各样的孔直径(pore diameter)、孔径分布(pore size distribution)和孔容积(pore volume)。 孔的吸附行为因孔直径而异。IUPAC定义的孔大小（孔宽）分为： 微孔（micropore） 2nm 中孔（mesop