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微分吸附熱評價(jià)碳黑的表面性質(zhì)
吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的熱量被稱為“吸附熱"，并伴有熱量的產(chǎn)生。吸附是“吸附質(zhì)與固體表面之間的相互作用"與“吸附質(zhì)之間的相互作用"的總和，并且這些相互作用的總和可以由“吸附熱"來表示，因此吸附熱對于評價(jià)吸附劑固體表面特性至關(guān)重要。吸附熱可以使用熱量計(jì)進(jìn)行評估或通過測量不同溫度下的吸附等溫線（最少 2 個(gè)點(diǎn)或更多）代入 Clausius-Clapeyron（方程 1）計(jì)算得出。在這里，-ΔHads是與吸附相關(guān)的焓變，可以等效為微分吸附熱qst。
圖1 不同溫度下的吸附等溫線
在給定的吸附量的等量吸附熱 qst是 計(jì)算從2個(gè)或以上不同溫度下的吸附等溫線上相等的吸附量時(shí)的壓力點(diǎn)計(jì)算的出的（參見方程 2） （圖 1）。超過單分子層吸附量時(shí)，吸附熱接近凝結(jié)熱，因此不同溫度T1、T2的溫差應(yīng)最多小于10 K。吸附熱從低吸附量到單分子層吸附的變化，使我們能理解材料表面與吸附質(zhì)之間的相互作用和吸附質(zhì)與吸附質(zhì)之間的相互作用。我們的分析軟件使我們能夠很容易地分析兩到三個(gè)吸附等溫線以上的等量吸附熱。
用BELSORP MAX測試了GCB-I（石墨化碳黑：Vulcan 3G）、NGCB（碳黑：#51）在N2@77.4 K和87.3K下，從極低相對壓力（p/p0=1E-8）開始的吸附等溫線，并繪制了等量微分吸附熱 （qst）與表面覆蓋度 （θ = VP/P0/Vm；θ =1 代表單層形成）的關(guān)系圖，如圖2所示。圖中顯示 GCB-I 在 0 < θ＜0.2區(qū)間，qst減少約10%，這表明GCB-I是一個(gè)輕微的異質(zhì)表面，在0.2<θ <0.85區(qū)間的10%增加量代表了GCB表面吸附的氮分子之間的相互作用，這使我們能夠確認(rèn)GCB-I表面的均一性。這種表面的均勻性也可以從qst在λ>0.85時(shí)迅速減少得到解釋，其中當(dāng)λ=1時(shí)，qst=6.3 kJ mol-1接近 N2@77.4 K 下的凝聚能量5.58 kJ mol-1。另一方面，NGCB的qst正逐漸從13.9 kJ mol-1降低到6.9 kJ mol-1。此變化表示 NGCB 上存在吸附活性位（邊緣和表面的官能團(tuán)），表明它們廣泛地能量分布。這允許NGCB表面的異質(zhì)性和評估。
通過等量吸附熱觀察到的表面特性也可以從兩種碳的αs曲線（圖3）中得到確認(rèn)。NGCB 的 N 覆蓋在 p/p0=1E-7左右開始，但其αs曲線中沒有臺階（IUPAC VI型等溫線），與GCB-I相比，其表面屬性可以定性地判斷為非均勻（異質(zhì)表面）。
參考文獻(xiàn): K. Nakai, M. Yoshida, J. Sonoda, Y. Nakada, M. Hakuman and H. Naono, J. Col. & Int. Sci.、 351, 507-514(2010)