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微分吸附熱評(píng)價(jià)碳黑的表面性質(zhì)

麥奇克/Microtrac 2022-09-23 | 閱讀：1433

吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的熱量被稱為“吸附熱”，并伴有熱量的產(chǎn)生,。吸附是“吸附質(zhì)與固體表面之間的相互作用”與“吸附質(zhì)之間的相互作用”的總和,，并且這些相互作用的總和可以由“吸附熱”來(lái)表示，因此吸附熱對(duì)于評(píng)價(jià)吸附劑固體表面特性至關(guān)重要,。吸附熱可以使用熱量計(jì)進(jìn)行評(píng)估或通過(guò)測(cè)量不同溫度下的吸附等溫線（最少 2 個(gè)點(diǎn)或更多）代入 Clausius-Clapeyron（方程 1）計(jì)算得出,。在這里,，-ΔH_ads是與吸附相關(guān)的焓變，可以等效為微分吸附熱q_st,。

圖1 不同溫度下的吸附等溫線

在給定的吸附量的等量吸附熱 q_st是計(jì)算從2個(gè)或以上不同溫度下的吸附等溫線上相等的吸附量時(shí)的壓力點(diǎn)計(jì)算的出的（參見方程 2）（圖 1）,。超過(guò)單分子層吸附量時(shí)，吸附熱接近凝結(jié)熱,，因此不同溫度T₁,、T₂的溫差應(yīng)最多小于10 K。吸附熱從低吸附量到單分子層吸附的變化,，使我們能理解材料表面與吸附質(zhì)之間的相互作用和吸附質(zhì)與吸附質(zhì)之間的相互作用,。我們的分析軟件使我們能夠很容易地分析兩到三個(gè)吸附等溫線以上的等量吸附熱。

用BELSORP MAX測(cè)試了GCB-I（石墨化碳黑：Vulcan 3G）,、NGCB（碳黑：#51）在[email protected] K和87.3K下,，從極低相對(duì)壓力（p/p0=1E-8）開始的吸附等溫線，并繪制了等量微分吸附熱（q_st）與表面覆蓋度（θ = V_P_/P0/V_m,；θ =1 代表單層形成）的關(guān)系圖,，如圖2所示。圖中顯示 GCB-I 在 0 < θ＜0.2區(qū)間,，q_st減少約10%,，這表明GCB-I是一個(gè)輕微的異質(zhì)表面，在0.2<θ <0.85區(qū)間的10%增加量代表了GCB表面吸附的氮分子之間的相互作用,，這使我們能夠確認(rèn)GCB-I表面的均一性,。這種表面的均勻性也可以從q_st在λ>0.85時(shí)迅速減少得到解釋，其中當(dāng)λ=1時(shí),，q_st=6.3 kJ mol^-1接近 [email protected] K 下的凝聚能量5.58 kJ mol^-1,。另一方面，NGCB的qst正逐漸從13.9 kJ mol^-1降低到6.9 kJ mol^-1,。此變化表示 NGCB 上存在吸附活性位（邊緣和表面的官能團(tuán)）,，表明它們廣泛地能量分布。這允許NGCB表面的異質(zhì)性和評(píng)估,。

通過(guò)等量吸附熱觀察到的表面特性也可以從兩種碳的αs曲線（圖3）中得到確認(rèn),。NGCB 的 N 覆蓋在 p/p0=1E-7左右開始，但其α_s曲線中沒(méi)有臺(tái)階（IUPAC VI型等溫線）,，與GCB-I相比,，其表面屬性可以定性地判斷為非均勻（異質(zhì)表面）。