BET數(shù)據(jù)分析的三種材料實例分析

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一.大孔材料

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大孔材料的結(jié)構(gòu)可以通過掃描電鏡來進行觀察，SEM可以給出局部的材料信息，也可以通過壓汞法（氣體吸附法分析孔徑范圍為0.3-100 nm；壓汞法可以測到1 mm孔徑大小）孔徑統(tǒng)計來了解暴露在表面的孔大小。

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圖1：玉米秸稈?(a,b,c)?和?750℃煅燒后?(d,e)?的?SEM?圖像

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材料簡介：以生玉米秸稈為原材料，進行高溫碳化得到大孔碳材料。

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圖2：CSC-x的壓汞-擠出等溫線(a)和孔徑分布(b)

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采用壓汞法和N2吸附法準確評價了不同熱解溫度下微觀結(jié)構(gòu)的變化。

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如圖?2a?所示，所有這些樣品在壓汞-擠壓等溫線方面都表現(xiàn)出相似的變化，其中壓入量在低壓區(qū)略有增加，然后在10到1000 psia之間急劇上升，最后在高壓區(qū)變得穩(wěn)定。

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一般來說，外壓與孔隙大小成反比，因為大多數(shù)固體材料不易被汞潤濕，因此總是需要較高的外壓才能將汞擠入其孔隙中。

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因此，這些侵入曲線的特征證實了CSC-x含有豐富的大孔?？讖椒治鲎C實這些大孔的最可能分布約為5.0-20.0 μm（圖?2b）。

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對于大孔材料其另一個重要的性質(zhì)是孔隙度（porosity），其定義為孔隙的體積與材料的總體積的比率，其值在0-1之間（0-100 %），表示材料“空”的程度。

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其計算方法為：Porosity（Pt）=Pore volume（Vp）/Total volume（Vt），Total volume指的是材料的表觀體積。

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文獻中制得的CSC-650、CSC-700、CSC-750?和?CSC-800?的飽和侵入體積（Pore volume）分別為22.81、20.30、15.15和11.14 mL/g。它們對應的孔隙率分別為95.24%、94.59%、92.52%和81.14%。

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與傳統(tǒng)的微孔/介孔碳材料相比，大孔材料的N2吸附量非常差，BET表面積和孔體積分別為13.43 m2/g和0.010 cm3/g、15.08 m2/g和0.011 cm3/g、14.27 m2/g和0.008 cm3/g和25.05 m2/ g和0.011 cm3/g。

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在碳材料中，微孔對比表面積和孔容的貢獻較大。

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二.微介孔材料

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微孔的孔徑小于2 nm，不同于大孔材料，在SEM圖上很難看到微孔的孔結(jié)構(gòu)，氮氣吸脫附可以很好的對孔結(jié)構(gòu)進行分析表征，氮氣吸脫附可以分析1-100 nm左右的孔結(jié)構(gòu)，在分析0.3-1 nm的超微孔結(jié)構(gòu)時則要選用二氧化碳作為吸附質(zhì)。

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這主要是因為，在273K下，二氧化碳的飽和蒸氣壓非常高（約3.5 MPa），在該溫度下氣體能夠快速擴散到0.4 nm以下的空隙中，從而能探測較小的微孔結(jié)構(gòu)。

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圖1：碳納米片的SEM和TEM圖

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材料簡介：絲瓜作為綠色碳前驅(qū)體，通過熱解、化學活化和水熱處理合成氮和硫共摻雜微介孔碳納米片（N,S-MMCSs）。

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圖2：N-MMCS、S-MMCS 和 N,S-MMCS 的 N2?吸附/解吸等溫線 (c) 和孔徑分布 (d)

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通過N2吸脫附曲線可以看到（圖2c），所得碳材料在IUPAC分類中均呈現(xiàn)出明顯的I型和IV型等溫線組合。

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換言之，當相對壓力P/P0在0.0～0.1之間時，吸頭吸附曲線急劇增加，表明存在富微孔結(jié)構(gòu)（I型等溫線）。

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在相對壓力 (P/P0) 范圍0.4-1內(nèi)具有可見滯后循環(huán)的IV型等溫線表明在二維碳片中包含介孔。

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從氮氣解吸數(shù)據(jù)中獲得的相應孔徑分布曲線（圖2d）進一步證實了N-MMCSs、S-MMCSs和N,S-MMCSs具有分級微/介孔結(jié)構(gòu)，它們都包含兩種直徑的微孔0.7至2.0 nm和3.0至4.0 nm的小介孔。

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表1：N-MMCSs，S-MMCSs，和N,S-MMCSs的結(jié)構(gòu)和孔隙度特征

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大的比表面積和分級微/介孔結(jié)構(gòu)不僅可以提供大量的活性吸附位點，而且可以有效地促進離子的快速擴散，以及物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)移。

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三.多級孔材料

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微孔可以提供更大的比表面積和孔容，增加活性位點的數(shù)量；介孔和大孔可以促進離子的快速擴散，以及物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)移。

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大孔的結(jié)構(gòu)分析可以借助掃描電鏡，定量分析則采用壓汞法；介孔和微孔的分析采用氮氣吸脫附來分析；超微孔采用二氧化碳吸脫附進行表征。

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圖1：碳納米片的SEM(a)和TEM圖(b)，N2?吸附/解吸等溫線和孔徑分布(c)

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材料簡介：一種具有優(yōu)異電吸附速率的微-中-大孔3D石墨烯?(MMM-3DG)?。

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材料的大孔在掃描電鏡下清晰可見（圖1a），平均尺寸為20 nm，圖?2(b)?揭示了多層石墨烯相互糾纏，并且這些石墨烯層產(chǎn)生了許多開孔。

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MMM-3DG在IUPAC分類中均呈現(xiàn)出明顯的I型和IV型等溫線組合，說明存在微孔和介孔結(jié)構(gòu)。從孔徑分布圖可以看到MMM-3DG具有微孔-介孔-大孔的分級多孔結(jié)構(gòu)。

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表2：活性炭和MMM-3DG的比表面積和孔結(jié)構(gòu)列表

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