Page 18 - 理化检验-物理分册2021年第七期

侯 渊, 等: 石墨烯类粉体比表面积的氮气吸附法测量条件与不确定度评定

研究者和后续的工业化应用都非常重要。 面积;( 3 ) 测量完成后, 分析仪会根据 BET 方程自动
研究石墨烯类粉体在吸附、 催化和储能等领域 计算得到比表面积。
的应用潜力时, 其比表面积是一项极其重要的物理
2 试验结果与讨论
参数。比表面积不仅对有关的研究和生产工作具有
重要意义, 同时也是要求表征的必要物理性能指标 2.1 XRD 分析
之一 [ 5 ] 。因此, 比表面积的测量对石墨烯类粉体的 图 1 为制备样品的 XRD 谱, 可知成功制备了
应用至关重要。氮气吸附静态容量法( 氮气吸附法) rGO / La 2O 3 粉体。
是测量粉体比表面积的经典方法是之一, 该方法是

以氮 气 为 吸 附 介 质, 测 量 依 据 为 GB / T 19587 —
2017 《 气体吸附 BET 法测定固态物质比表面积》 中

BRUNAUERS , EMMETT P , TELLER E ( BET )
提出的多层吸附理论。利用氮气吸附法测量高比表
面积的粉体时, 测量结果较为准确; 但测量低比表面
积粉体时, 测量误差较大, 且测量条件不同, 测量结
果也会产生较大差异。因此, 对于石墨烯类粉体, 需

要根据实际情况进行相应的探究。
图 1 样品的 XRD 谱

笔者使用 ASAP2460 型比表面积和孔隙度分 Fi g .1 XRDs p ectrumofsam p le

析仪, 以 rGO / MOx 粉体为 研 究 对 象。首 先, 根 据 2.2 测量比表面积的理想条件
粉体, 并利用 X 射线衍
文献[ 6 ] 制备了rGO / La 2O 3 通常, 样品用量会影响氮气吸附法测量比表面
射仪( XRD ) 分析, 证实了其结构; 然后, 通过调节吸 积结果的准确性。对于石墨烯复合材料的科学研究
附系统“ 死体积”( 吸附系统“ 死体积” 是指样品管内 而言, 一方面, 研究初期的样品制备量偏少, 希望以
最小测量样品量完成对比表面积的测量, 但是若测
未被待测样品填充的自由体积) 确定了rGO / La 2O 3
粉 体 测 量 比 表 面 积 的 理 想 条 件;最 后,对 量比表面积的装样量太少, 样品管的空体积较大, 则
粉体比表面测量的不确定度进行了评定。 样品对氮气的吸附量较少, 会降低测量精度, 增大测
rGO / La 2O 3
量误差; 另一方面, 若适当增加样品量, 可减小测量
1 试验准备及试验方法
误差, 但样品量过多, 则会延长分析时间。另外, 由
1.1 试验准备 于氦气在液氮温度下的饱和蒸气压低, 难以吸附到
试验材料主要有氮气( 纯度 99.999% , 体 积 分 待测样品, 可用于校正冷热自由体积, 从而提高氮气
数, 下同)、 液氮、 氦气( 纯度 99.999% ), 采用水热法 吸附量的测量精度。若待测石墨烯复合材料的样品

·
将 Hummer法制备的氧化石墨烯和 LaCl 3 6H 2O 量少, 氮气吸附量较少, 大量未被吸附的氮气留在样
粉体。 品管“ 死体积” 中, 使测得的压力变化较小, 测量的吸
合成rGO / La 2O 3

试验设备主要为 ASAP2460 型比表面积和孔 附量误差较大。因此, 需要利用填充棒减少冷热自

隙度 分 析 仪 和 电 子 天 平 ( 量 程 为 100 g 精 度 由体积, 提高材料吸附量的测量精度。图 2 为在脱
,

气温度和时间分别为 200 ℃ 和 4h 的条件下, 有无
为 0.1m g )。
1.2 试验方法 填充棒时氮气吸附量随相对压力 P / P 0 的变化趋势

根据 GB / T19587 — 2017 的技术 要求, 使用比 ( P 和P 0 分别为吸附压力和液氮饱和蒸气压), 可
表面积和孔隙度分析仪采用氮气吸附法测 量比表 知采用填充棒时, 氮气吸附量的波动较小。

面积。 图 3 为在脱气温度和时间分别为 200 ℃ 和 4h
试验步骤:( 1 ) 将待测样品加入空样品管中, 为 的条件下, 有无填充棒时氮气吸附法测量比表面积
了去除样品表面杂质( 如水、 油), 考虑到试 验材料 随装样量的变化趋势。可知使用填充棒时, 装样量

在 200 ℃ 下不 会 发 生 相 变, 同 时 又 能 保 证 脱 气 效 为 0.1g 的比表面积测量结果就趋于稳定, 而无填

率, 因此选择在200℃ 真空脱气4h ;( 2 ) 将脱气后的 充棒则需要装样量达到 0.2g 此外, 使用填充棒
。
样品及管装于分析站, 采用氮气吸附法测量其比表 时, 比表面积测量结果的波动性较小。综合有无填
2