物理吸附（BET）

一、项目介绍及特点

物理吸附是用来表征材料外表面以及开孔内表面上具有0.35-100 nm孔径多孔材料的比表面积，孔容，孔径，孔分布等跟表面吸附或者表面活性相关的一些物理参数。物理吸附是表面质点和吸附分子之间的范德华力而引起的。物理吸附的特点：没有选择性，可以多层吸附，吸附前后，被吸附分子变化不大，吸附过程类似于凝聚和液化过程。因此人们就根据物理吸附的特点，用已知分子截面积的气体分子作为探针，创造一定条件，使气体分子覆盖于被测样品的整个表面（吸附），通过记录吸附和解吸附过程中的探针吸附量以及整个的曲线变化，利用相关的吸附理论计算得到比表面积，孔容，孔径，孔分布等相关结果信息。

1、物理吸附只能表征材料不规则外表面或者开孔内表面，也就是探针分子可以接触到的材料表面，对于内部闭孔结构信息是探测不到的。如果存在这种情况，可以利用透射电镜，CT，小角X 光散射（SAXS）或者小角中子散射（SANS）等。

2、如果材料表面的孔径大于100 nm，建议用压汞法来测试大孔材料的孔信息。压汞可以检测到450 μm孔径范围。

3、除了常规的N₂，CO₂，Ar气氛的物理吸附之外，还可以做多孔材料对特殊探针分子的吸附性能分析，包括水蒸气、乙醇、O₂、Kr、Xe、CH₄、H₂等气体。

4、物理吸附出具数据报告内容较多，但是只有等温吸脱附曲线数值是实验记录数值，其他数据均是根据不同理论，利用等温吸脱附曲线上的数值计算实现的。需要注意的是根据实际样品性质，选择合适准确的结果应用到论文结果中。

二、实验设计

首次测试物理吸附之前，首先需要从想要关注的目的出发，或者从实际样品的结构本身出发选择合适的测试方法以及吸附探针分子。如果是了解样品实际表面孔径大小，建议提前做下扫描电镜（做扫描电镜的时候，尽量不喷金或者少喷金，可以观察介孔和大孔信息，如果想要关注微孔还是需要做透射电镜）。另外建议提前做下热重分析。因为多孔材料放置过程中必然会吸附一些空气污染物，测试之前需要将表面洁净，一般通过将样品在真空下加热处理来除去样品表面吸附的杂质，如水、油等。但是在这个过程中，如果材料发生物理或者化学变化，相当于改变了样品实际结构性质，因此可以通过做热重，大致判断材料的热稳定性，从而选择物理吸附合适的前处理温度。

三、样品要求

固体粉末样品：样品需用量与比表面积反相关，样品量不足数据可能会异常，样品量*比表面积≥10，比表面积较大得样品，质量最少也需要50 mg以上，未知比表面积最少需要150 mg，低比表面积得样品需要1 g以上样品量。

块体样品：一方面要满足样品量要求（如上所述），另外一方面由于仪器的进样管直径比较小（直径6 mm的样品管），所以请提供大小合适的样品。比如纤维样品，需要尽量剪碎；大的块状样品需要物理破碎。这个破碎尽量用户提前自己来做。

样品粒度：样品粒度大小跟比表面积大小相关，因此对于粉末或者块体样品，是否研磨，我们不做建议，建议同一批式样如果对比，采用同样粒度的样品来做。

液体样品无法直接测试，需要烘干或者冷冻干燥之后才能做。

四、如何选择不同的项目

比表面积测试（N₂）：适用于测量各种材料的比表面积测试。只包含比表面积以及BET Surface Area Plot 图，不包含完整的吸脱附等温线、孔容、孔径分布图等。

介孔全分析测试（N₂）：如果您的样品孔径测试范围2-100 nm或者您关注2-100 nm孔径的信息，选择这个项目即可，包含比表面积值、吸附脱附曲线以及孔径分布（2-100 nm）。

微孔（全孔）全分析测试（N₂）：如果您的样品孔径测试范围0.35-100 nm或者您关注0.35-100 nm孔径的信息，选择这个项目即可，包含比表面积值、吸附脱附曲线以及孔径分布（0.35-100 nm）。

微孔全分析测试（CO₂）测试温度为195 K：孔径范围为0.35-100 nm，包含比表面积值、吸附脱附曲线以及孔径分布（0.35-100 nm）。

微孔分析测试（CO₂）测试温度为273 K：孔径范围为0.35-1 nm，包含比表面积值、吸附脱附曲线以及孔径分布（0.35-1 nm）。
微孔全分析测试（Ar）测试温度为87 K：孔径范围为0.35-100 nm，包含比表面积值、吸附脱附曲线以及孔径分布（0.35-100 nm）。

吸附性能：只有吸附脱附或者只有吸附数据，孔径，比表面积等其余数据均没有。

五、如何选择不同的参数

选择好测试类型之后，我们需要提前确定一些测试参数：测试温度，脱气温度，脱气时间。

脱气温度：脱气温度为您样品前处理的温度，样品于该温度下进行真空脱气，所以温度选择很关键，温度最高为300℃。温度过高可能会导致样品变质或融化等变化，影响测试结果；温度过低会导致样品孔洞中杂质或气体脱不出来，也会影响测试结果。如果不知道脱气温度选择，有以下方法：

一、查阅参考文献；

二、如果样品经过热处理的，可选择低于热处理30℃以下的温度；

三、热重测试除失水外无明显失重的温度段内的温度，如没有做过相关测试，可选择做一个热重测试；

四、如果是有机物，脱气温度一般不超过80℃；

五、实在无法确认可按照常温或者稍微高一点进行，但是这个可能会引起的测试误差，测试风险需要您来承担。

脱气时间：脱气时间越长，样品预处理效果越好。脱气时间的选择与样品孔道的复杂程度有关。一般来说，孔道越复杂，微孔含量越高，脱气时间越长；选择的脱气温度越低，样品所需要的脱气时间也就越长。默认是6-10 h，如果有填写，一般按照客户选择时间进行脱气，通常认为样品真空度达到50-100 mTorr就视为脱气干净。

测试温度：一般情况下物理吸附的测试温度是固定的，比如比表面积测试，介孔全分析测试和全孔分析（N₂）气氛下的测试，默认是用液氮温度。但是像CO₂探针分子或者吸附性能测试，是可以选择温度的。根据实际的材料性质或者想要关注的温度下，进行选择和设定即可。

预期的比表面积：通过文献或者相关资料知道大概的比表面积数值，至少知道一个大概的数量级也行，比如预期比表面积是1以内，100以内或者1000以内。因为在物理吸附的测试过程中，待测样品需要提供一定表面积即可，如果表面积过大，测试时间过长或者表面积不足以仪器检测，数据出现异常。

六、数据结果形式及案例

水蒸气25度测试结果

七、如何分析数据

1、物理吸附数据形式（以日常仪器标样校准数据为例）：

          

主要数据为以上两个，分析报告及作图数据，其余为源文件，需要特定仪器打开， 一般用不到。

2、数据与图片对应方式：

以下两个图为例，图左为pdf分析报告中吸脱附曲线对应图片，图右为excel中对应作图数据，可根据报告中目标图的图名在表格中寻找对应数据。

                                        图1  报告 图2 表格

  标记，报告主要内容包括但不限于以下内容， 如上述所提，报告图片对应作图数据内容请在表格中用图名搜索寻找！！！

一般在低压区有大量吸附，说明样品存在微孔结构；

一般在中压区有大量吸附，说明样品存在介孔结构；

一般在高压区有大量吸附，说明样品要么存在大孔结构，要么是无孔结构。

5、比表面积测试数值准确吗？

答：尽管颗粒形状能被假设为规则的几何形，但是绝大多数的情况下它是不规则的，只不过目前流行的粒度测量方法是基于“等效球体积”。如果试图利用粒度测量方法（包括激光衍射法、光散射法、电域敏感法、沉降法、透过法、筛分法和电子显微镜法）测量比表面，由于粒形、表面的不规则及孔隙度的影响，其结果会比真值严重偏小，甚至相差1000倍以上。因此，由粒径计算表面积只能通过球形或其它规则几何形状的绝对假设建立一个低限值。

6、等温吸脱附曲线不闭合，结果可以用吗？

答：如果最终等温吸脱附曲线不闭合，这个可能是因为在物理吸附发生的过程中也存在化学吸附，所以有一部分探针分子无法全部脱附。也有可能是因为材料内部存在一些墨水瓶的孔结构，吸附容易，脱附难，所以未能全部脱附。这种情况都跟样品的实际结构信息有关，数据是可用的。