Dalam bidang ilmu material, katalisis, energi dan lingkungan, luas permukaan spesifik merupakan salah satu parameter penting untuk mengukur kinerja material. Efisiensi adsorpsi karbon aktif, aktivitas katalis, dan kinerja penyimpanan energi bahan elektroda seringkali berkaitan erat dengan luas permukaannya. Metode pengukuran luas permukaan yang paling banyak digunakan saat ini adalah pengujian luas permukaan spesifik BET. Artikel ini akan memberikan analisis rinci tentang pengujian BET dari beberapa aspek, termasuk prinsip, persiapan sampel, pemrosesan data, dan tindakan pencegahan.
1[UNK] Prinsippengujian TARUHAN
1.1 Fenomena adsorpsi dan luas permukaan spesifik
Pada permukaan bahan padat, molekul gas akan menempel pada permukaan bahan dalam bentuk adsorpsi fisik, membentuk lapisan molekul tunggal atau ganda. Ketika molekul gas mencapai kesetimbangan adsorpsi pada permukaan material, terdapat hubungan tertentu antara jumlah adsorpsi dan tekanan relatif gas. Teori BET diajukan berdasarkan fenomena ini.
1.2 persamaan BET
Teori BET (Brunauer Emmett Teller) diusulkan pada tahun 1938, dan intinya adalah untuk memperoleh metode perhitungan luas permukaan tertentu melalui perilaku adsorpsi lapisan multi molekul gas pada permukaan padat.
Persamaan BET berbentuk:
yang:
(V) Kapasitas adsorpsi pada tekanan relatif (P/Po)
(Vm): Kapasitas adsorpsi lapisan molekul tunggal
(P) Tekanan adsorpsi
(Po): Tekanan uap jenuh
(C) Konstan, mencerminkan perbedaan antara panas adsorpsi dan panas penguapan
Setelah memperoleh serangkaian data adsorpsi melalui percobaan, grafik linier BET dapat diplot (biasanya memilih (P/Po) dalam kisaran 0,05-0,35), dan Vm dan C dapat dihitung dari kemiringan dan titik potong, yang pada akhirnya memperoleh luas permukaan spesifik.
1.3 Pemilihan gas
Media adsorpsi yang umum digunakan adalah:
Nitrogen (77 K) → Pilihan paling umum
Gas argon (87 K) → cocok untuk material mikropori
Karbon dioksida (273 K) → lebih cocok untuk pengukuran ultramikropori
2[UNK] Persiapan sampel
Pengujian BET memerlukan perlakuan awal sampel yang sangat tinggi, dan persiapan yang tidak tepat dapat secara langsung menyebabkan penyimpangan hasil.
2.1 Perawatan degassing
Tujuan: Untuk menghilangkan uap air dan gas pengotor dari permukaan sampel agar tidak mempengaruhi data adsorpsi.
Metode: Gas inert vakum atau kemurnian tinggi (seperti helium dan nitrogen) biasanya digunakan untuk degassing.
Pemilihan suhu: Diatur sesuai dengan sifat material, umumnya dalam kisaran 80 ℃ -350 ℃.
Bahan kerangka polimer atau organik: Suhu rendah (80-120 ℃) untuk menghindari kerusakan struktural
Oksida anorganik dan bahan karbon: dapat digunakan pada suhu yang lebih tinggi (200-350 ℃)
2.2 Ukuran sampel
Biasanya diperlukan 50-300 mg sampel, tergantung pada instrumen dan jenis bahan. Bahan bubuk harus tersebar secara merata untuk menghindari perpindahan panas yang buruk akibat akumulasi.
2.3 Tindakan Pencegahan
Hindari polusi udara: Setelah degassing selesai, gas tersebut harus dipindahkan ke akhir analisis sesegera mungkin untuk mengurangi penyerapan air.
Menjaga stabilitas struktural: Untuk MOF berpori dan material lainnya, suhu harus dikontrol dengan hati-hati untuk menghindari keruntuhan kristal.
Pengulangan: Cobalah untuk menguji kumpulan sampel yang sama dalam kondisi yang sama sebanyak mungkin untuk meningkatkan daya banding data.
3[UNK] BET menguji langkah-langkah eksperimental
3.1 Memperoleh isoterm adsorpsi desorpsi
Pemuatan tabung sampel → dipasang di kumpulan sampel
Perawatan degassing → Pastikan kebersihan permukaan
Pendinginan perangkap dingin → nitrogen cair (77 K) atau metode pendinginan lainnya
Tingkatkan tekanan secara bertahap → catat jumlah adsorpsi gas pada tekanan relatif yang berbeda
Siklus lengkap → Dapatkan isoterm desorpsi adsorpsi lengkap
3.2 Pemilihan interval BET
Biasanya dipasang pada kisaran 0,05-0,35 P/P0
Harus memenuhi kriteria konsistensi BET
4[UNK] Pemrosesan dan Perhitungan Data
4.1 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi Lapisan Molekul Tunggal
Dengan mencocokkan persamaan BET secara linier, maka kemiringan (k) dan titik potong (b) dapat diperoleh, dan hal berikut dapat dihitung:
4.2 Perhitungan luas permukaan spesifik
Mengingat luas penampang molekul suatu gas (molekul nitrogen kira-kira 0,162 nm ²), maka:
yang:
(NA): Konstanta Avogadro
(σ) Luas penampang molekul gas
(m): Kualitas sampel
4.3 Analisis isoterm adsorpsi desorpsi
Selain luas permukaan spesifik BET, informasi juga dapat diperoleh dari isoterm dan loop histeresis:
Distribusi aperture: dihitung menggunakan metode BJH atau DFT
Volume pori: diperkirakan dari kapasitas adsorpsi di bawah tekanan relatif tinggi
Jenis struktur pori: isoterm I-VI dan kurva histeresis sesuai dengan struktur pori yang berbeda
5、 Jenis dan analisis struktur pori
Selain luas permukaan spesifik, pengujian BET yang dikombinasikan dengan BJH, DFT dan metode lainnya juga dapat memberikan informasi distribusi ukuran pori.
Mikropori (<2 nm)
Mesopori (2-50 nm)
Makropori (>50 nm)
Bukaan lebih besar dari 50 nm.
Dalam adsorpsi nitrogen, biasanya menunjukkan isoterm tipe II, dan kapasitas adsorpsi terus meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan.
Makropori sendiri tidak berkontribusi banyak terhadap luas permukaan spesifik, namun berperan sebagai "saluran transmisi" pada material struktur berpori komposit, yang dapat meningkatkan kinerja difusi.
Bukaan antara 2-50 nm.
Ini menunjukkan kurva tipe IV dalam isoterm desorpsi adsorpsi, dengan loop histeresis yang jelas.
Banyak terdapat dalam bahan seperti silika, alumina, karbon mesopori, dll.
Keuntungan: Bermanfaat untuk perpindahan massa molekul, biasa digunakan sebagai pembawa katalis.
Ukuran pori kurang dari 2 nm, memberikan luas permukaan spesifik yang sangat tinggi.
Umumnya ditemukan pada karbon aktif, zeolit, MOF, dll.
Adsorpsi nitrogen pada 77 K mungkin dibatasi oleh difusi, dan adsorpsi CO ₂ diperlukan untuk melengkapi pengukuran.
6[UNK] Masalah umum dan tindakan pencegahan
Pemilihan interval BET yang tidak tepat: Tekanan relatif yang terlalu rendah atau terlalu tinggi dapat menyebabkan penyimpangan pemasangan.
Degassing yang berlebihan atau tidak mencukupi:
Berlebihan → runtuhnya struktur material
Tidak mencukupi → Pengotor sisa permukaan, kapasitas adsorpsi sangat tinggi
Aktivitas sampel berlebihan: Beberapa katalis mungkin berinteraksi dengan nitrogen selama proses pengujian, sehingga memerlukan perhatian khusus.
Kesulitan dalam membandingkan hasil: Laboratorium yang berbeda mungkin menggunakan kondisi pra-perlakuan yang berbeda, sehingga ketika mempublikasikan data, suhu degassing, waktu, dan jenis gas yang diserap harus ditunjukkan.
7、 Area penerapan pengujian BET
Pengembangan katalis
Semakin besar luas permukaan spesifiknya, semakin banyak situs aktifnya, dan aktivitas katalitiknya biasanya lebih tinggi.
bahan energi
Kinerja penyimpanan energi bahan elektroda untuk baterai litium dan kapasitor berkaitan erat dengan luas permukaan spesifik dan struktur porinya.
Adsorben dan bahan pemisah
Kinerja adsorpsi karbon aktif, zeolit, MOF, dll. secara langsung bergantung pada luas permukaan spesifik.
tata kelola lingkungan hidup
Bahan dengan luas permukaan spesifik yang tinggi diperlukan untuk adsorpsi dan penghilangan polutan seperti VOC dan ion logam berat.
Pengujian luas permukaan spesifik BET, sebagai metode karakterisasi klasik dan praktis, telah diterapkan dalam bidang ilmu material selama lebih dari 80 tahun. Melalui persiapan sampel yang wajar, pemilihan interval, dan pemrosesan data, peneliti dapat memperoleh informasi luas permukaan dan struktur pori yang akurat, memberikan dukungan data yang solid untuk desain material dan optimalisasi kinerja.
SAT NANO adalah pemasok terbaikbahan nano dan mikrodi Cina, kami dapat menyediakan bubuk logam, bubuk karbida, bubuk oksida dan sebagainya, kami tidak hanya menyediakan produk, tetapi juga menyediakan layanan pengujian yang berbeda seperti SEM, tes BET, jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk menghubungi kami di sales03@satnano.com
