前言 多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。
不同类型的材料具有不同的孔结构和孔尺寸。
之前给大家介绍了孔结构类型的相关概念和分类,本文将介绍关于孔尺寸划分的相关内容。
我们知道,气体吸附法是分析多孔材料表面和孔结构最为常见的表征方法。
它利用气体分子作为探针,当气体分子吸附到被测样品的表面和孔道当中,仪器记录得到一条压力和吸附量的吸附等温线。
最后应用合适的计算模型来分析数据,从而得到样品的比表面积、孔径分布、总孔容等信息。
然而,每个分析方法都有自己的局限性。
气体物理吸附方法只能分析开孔,气体分子无法到达的闭孔是分析不了的。
此外,该方法对开孔的尺寸范围也有相应要求,孔径太小则气体分子无法进入,我们需要考虑其它动力学直径更小的探针分析;孔径过大那么气体分子难以达到吸附饱和,不适用气体吸附方法进行分析,后者多数选择压汞仪进行分析。
正确认识孔的尺寸划分对于选取适合的表征方法以及分析条件至关重要。
那么,它是如何划分的呢? 孔的尺寸分类 按照国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)在1985 年的定义和分类,孔宽即孔直径(对筒形孔)或两个相对孔壁间的距离(对裂隙孔)。
有以下分类, ① 微孔(micropore) :指内部孔宽小于2nm 的孔; ② 介孔(mesopore) :宽度介于2nm 到50nm 的孔; ③ 大孔(macropore) :孔宽大于50nm 的孔。
2015 年,IUPAC对孔径分类又进行了细分和补充,即 ④ 纳米孔(nanopore):包括微孔、介孔和大孔,但上限仅到100nm; ⑤ 超微孔(ultramicropore):孔宽小于0.7nm 的较窄微孔; ⑥ 极微孔(supermicropore):孔宽大于0.7nm 的较宽微孔。
常见的典型材料 微孔材料 一些分子筛、活性炭、金属有机骨架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)等物质微孔发达,是常见的微孔材料。
这些微孔材料具有高孔隙度及较大比表面积,在气体吸附分离、光电材料、生物医药、环境保护、工业催化、新能源等多个领域有着广泛的应用。
介孔材料 常见的介孔材料比如一些氧化铝,硅胶,层状粘土,介孔分子筛如MCM-41、SBA-15等,广泛应用于吸附,催化等领域。
大孔材料 大孔材料有如多孔玻璃,多孔陶瓷,多孔聚合物等,具有较大的孔容和孔径,广泛应用于吸附、传质等领域。
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编者:安东帕应用团队