化学吸附仪的工作原理

发布时间：2023-09-14

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　　化学吸附仪是基于程序升温技术发展起来的，可进行程序升温还原（TPR）、程序升温脱附（TPD）、程序升温氧化（TPO）、程序升温表面反应（TPSR）以及脉冲滴定等实验，用于材料对于物质的吸、脱附性能研究。除了常规（常压）的COx、NOx、NH3、H2、O2等的吸脱附实验外，还可进行吡啶、苯、甲醛等有机物的吸脱附实验。

　　工作原理：

　　化学吸附仪原理是BET多层吸附模型，理论基础是Langmuir吸附等温式。低压下气体在金属表面的吸附，基于吸附-脱附的分子动力学模型推导出一个单分子吸附的吸附等温式：

　　θ=V/Vm=ap/1+ap

　　其中，θ为表面覆盖度；V为吸附量；Vm为单层吸附容量；p为吸附质蒸气吸附平衡时的压力；a为吸附系数，是吸附平衡常数。

　　式中描述的Langmuir型吸附等温线，属于IUPAC分类的I型等温线。在压力很低或者吸附很弱时，θ=ap，吸附量与平衡压力成正比（Henry定律）；在压力很大或者吸附很强时，θ≈1，吸附量为单层吸附容量，与压力无关。

　　Langmuir模型的基本假设为：

　　（1）吸附剂表面存在吸附位，吸附质分子只能单层吸附于吸附位上；

　　（2）吸附位在热力学和力学意义上是均一的（吸附剂表面性质均匀），吸附热与表面覆盖度无关；

　　（3）吸附分子间无相互作用，没有横向相互作用；

　　（4）吸附-脱附过程处于动力学平衡之中。

　　Langmuir公式是一个理想的吸附公式，代表了在均匀表面上吸附分子彼此没有作用，而且吸附是单分子层情况下吸附达到平衡时的规律，但是在实践中不乏与其相符的实验结果。这可能是实际非理想的多种因素互相抵消所致。

　　例如，吸附质分子间的相互作用一般随覆盖度的提高而加强；而同时在不均匀的表面，吸附首先发生在高能的吸附位上，吸附热随覆盖度增加而下降。这两种因素相互抵消，在中等的覆盖度范围（θ=0.1～0.4），a值挖为常数。因而在此范围内吸附等温线可用Langmuir公式可以描述I型等温线，但是I型等温线往往反映的是微孔吸附剂的微孔吸附剂的微孔填充现象，极限吸附量是微孔的填充量。达到中等的相对压力后，固体表面上的吸附量都有明显的增大，表明发生多层吸附。这就是BET多层吸附模型的由来。