BET理論
編輯Brunauer-Emmett-Teller (BET) 理論旨在解釋氣體分子在固體表面的物理吸附,并作為測量材料比表面積的重要分析技術的基礎。 這些觀察通常被稱為物理吸附或物理吸附。 1938 年,Stephen Brunauer、Paul Hugh Emmett 和 Edward Teller 在美國化學學會雜志上發表了他們的理論。 BET理論適用于多層吸附系統,該系統通常使用不與吸附劑(氣體附著的材料和氣相稱為吸附劑)發生化學反應的探測氣體(稱為吸附物)來量化比表面積 . 氮氣是最常用于探測表面的氣態吸附物。 因此,標準 BET 分析通常在 N2 (77 K) 的沸點溫度下進行。 其他探測吸附物也被使用,盡管不那么頻繁,允許在不同溫度和測量尺度下測量表面積。 這些包括氬氣、二氧化碳和水。 比表面積是一種隨尺度變化的特性,沒有單一的比表面積真值可定義,因此通過 BET 理論確定的比表面積的數量可能取決于所使用的吸附分子及其吸附截面。
概念
編輯該理論的概念是 Langmuir 理論的延伸,Langmuir 理論是單層分子吸附理論,具有以下假設的多層吸附:
- 氣體分子以物理方式無限層層吸附在固體上;
- 氣體分子只與相鄰層相互作用; 和
- Langmuir 理論可以應用于每一層。
- 第一層的吸附焓恒定且大于第二層(甚至更高)。
- 第二層(和更高層)的吸附焓與液化焓相同。
其中 c 稱為 BET C 常數,p o {\\displaystyle p_{o}} 是吸附性液相的蒸氣壓,該液相處于吸附物的溫度,θ 是表面覆蓋率
這里 n a d s {\\displaystyle n_{ads}} 是吸附質的量,而 n m {\\displaystyle n_{m}} 被稱為單層當量。 n m {\\displaystyle n_{m}} 是作為單層(理論上不可能進行物理吸附)存在的全部量,該單層將恰好覆蓋一層吸附物的表面。 為了便于分析,通常將上面的等式重新排列以產生以下等式
其中 p {\\displaystyle p} 和 p 0 {\\displaystyle p_{0}} 分別是吸附溫度下吸附質的平衡壓力和飽和壓力; v {\\displaystyle v} 是吸附氣體量(例如,體積單位),而 v m {\\displaystyle v_{\\mathrm {m} }} 是單層吸附氣體量。 c {\\displaystyle c} 是下注常數,
其中 E 1 {\\displaystyle E_{1}} 是第一層的吸附熱, 是第二層和更高層的吸附熱,等于 液化熱或汽化熱。
等式 (1) 是吸附等溫線, 該圖稱為 BET 圖。 該方程的線性關系僅在0.05 < 1 的范圍內保持。
斜率 A {\\displaystyle A} 和直線的 y 軸截距 I {\\displaystyle I} 的值用于計算單層吸附氣體量 v m {\\displaystyle v_{\\mathrm {m} } } 和 BET 常量 c {\\displaystyle c} 。
BET 方法廣泛用于材料科學,用于通過氣體分子的物理吸附來計算固體的表面積。
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