碳表面表征分析仪

本文利用Micromeritics 3Flex微孔仪详细分析了炭黑样品的全气体吸附/解吸等温线。通过等温线可以建立BET比表面积、微孔、中孔和小孔的孔径分布，以及孔径面积和孔径体积。

碳在工业中的应用

在许多应用和工业中，碳的使用是普遍的。碳，通常称为炭黑，在燃料电池、可充电电池和超级电容器等能源生产和存储设备中发挥着关键作用。它们可以作为膜材料、电催化剂、催化剂载体，欧洲杯足球竞彩也可以以纯碳或掺杂/浸渍各种贵金属或金属氧化物的形式存在。

目前石墨烯、炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨等碳的利用都在进行利用或探索。优化电极孔隙率是至关重要的，因为它直接影响电极电导率、活性电极位点的数量和可用性、电极内电解质的传输和电荷载体物种的插入。通过减少孔隙堵塞，也可以最大限度地提高循环性能。

总孔容和BET比表面积是表征阴极和阳极材料的常用测量方法。欧洲杯足球竞彩然而，原材料、中间体和成品电极的多孔特性的重要性还不止这些:孔径分布和孔径面积将提供对材料多孔特性的更完整的理解，因此欧洲杯足球竞彩也必须加以考虑。

氮气吸附和脱附等温线的测量

分析了三种商用炭黑粉末，它们以导电性能和电池应用而闻名。利用微孔装置测量了氮气的吸附和解吸等温线微粒学3 flex仪器．

使用Micromeritics VacPrep，样品首先在300°C、极限真空< 100 mTorr下脱气6小时。在这之后，他们被转移到3Flex，然后继续在300°C的真空下继续16小时。分析在77K下进行，每个样管使用等温套，分析结束时用He测量自由空间。

采用组合加药方法测定吸附等温线。固定给药方案采用1cc /g STP至0.005 P/Po的45秒平衡间隔，然后采用0.5 cc/g STP至0.01 P/Po的30秒平衡间隔。其余吸附等温线为0.995 P/Po，解吸量为0.05 P/Po。

在分析样本称重后，在报告生成前将此质量应用于分析文件。线性等温线如图1所示，对数等温线如图2所示。对数图对于快速确定等温线微孔区域内的吸附差异特别有用。

图1所示。等温线线性情节

图2。等温线日志情节

为了选择最合适的技术和模型来建立孔隙面积、体积和尺寸数据，Micromeritics使用Microactive软件。下表详细列出了表征材料多孔性的关键数据，按照BET表面积的增加顺序将样品标记为A到C。欧洲杯足球竞彩

	一个碳	碳B	碳C
表面积(m2/ g)	228	276	279
t图微孔表面积(m2/ g)	111	159	22
t图外表面积(m2/ g)	117	116	257
单点吸附体积为0.985 P/Po (cm3./ g)	0.42	0．60	0.58
BJH解吸孔体积孔径2-150 nm (cm3./ g)	0.34	0.53	0.54
平均孔径(nm)	12．8	20．1	10．0
DFT孔隙体积≤1nm宽度的孔隙	0．08	0．06	0.03

在分析碳材料时，BET比表面积被广泛报道。欧洲杯足球竞彩此外，还构建了de Boer t图，以计算微孔面积对总表面积的贡献。二维DFT模型用于解释碳孔隙几何形状的纵横比的变化。

孔径、体积和面积数据采用多种技术组合收集:将DFT应用于微孔(直径< 2 nm)范围，图3显示孔径分布。

如图4所示，BJH适用于中孔(直径2-50 nm)和小大孔(直径50 - 150 nm)范围。碳B和碳C的BET比表面积几乎相同，碳A的BET比表面积少17%。但微观孔隙度、孔径和体积分布、表面积来源等各不相同。

t图数据在考虑比表面积时特别有用:碳C的微孔面积对总体比表面积的贡献最小，微孔内约占总比表面积的8%。另一方面，碳A和碳B的微孔面积对总比表面积的贡献更均匀，分别为49%和58%。

利用DFT技术研究微孔隙

孔径对于碳的许多应用是至关重要的，因为它经常直接影响性能，除了孔径面积外，还可以通过孔径体积和孔径分布来考虑。利用DFT技术可以研究微孔隙，这表明孔径分布是相似的。

但显著的是，碳A的微孔体积最大，大多数微孔存在于特别小的孔(< 0.7 nm宽度)中。碳C的微孔体积最小，孔径分布在< 0.7 nm和> 0.7 nm两种大小范围内，体积基本一致。碳B在微孔体积和大小上都可以被认为是中间产物。

图3。DFT dV/dlog(W)孔隙体积与孔隙宽度

宏观孔隙度和中孔隙度的程度也应考虑在内，特别是因为这些孔隙通常作为“输送孔”存在，使孔隙网络中的任何微孔都能进入。BJH孔隙模型在这方面特别有用。

虽然碳A的孔隙体积比碳B和碳C小得多，但三种碳在2 - 150 nm的直径范围内都有相当可观的孔隙度。虽然碳B的平均孔径是碳C的两倍，但碳B和碳C的孔径体积非常相似。

图4。dV/dlog(D)孔体积

虽然BET比表面积相似，但在孔径和体积上存在着非常显著的差异，这将对碳的性能产生深远的影响。微孔与中、宏观孔数据的分离至关重要。

碳A和碳B较高的微孔隙率可以缩短在材料中的扩散路径，从而加快电子传递，提高电导率，并为电化学过程提供丰富的活性位点。

相反，与碳B一样，位于特别小的孔内的更高的微孔体积可能会使材料在使用过程中更容易堵塞孔，从而减少寿命。碳C内部相对没有微孔隙，说明该材料最不容易发生孔隙堵塞。

因此，只要最小的微孔本身不限制扩散，碳B可以表现出更好的电荷载流子物种，例如Li+，从活性位点到和从活性位点的传输。

碳C由于具有可观的介孔性，有望表现出良好的载流子输运性质，但由于相对缺乏微孔性，活性位点的浓度可能较小。

最佳碳的选择很可能取决于精确的应用。例如，碳A可能更适合锂离子电池阴极，在控制微孔大小的同时，需要微孔和中孔的平衡。例如，在需要掺杂金属的地方，它也是一个不错的选择。

碳C似乎特别适合于一系列设备类型的阳极制造，高表面积将有助于快速电荷载体转移。碳B可能适用于阴极或阳极制备，但特别小的微孔的影响将需要更广泛的研究系统性能。

结论

了解多孔性的关键差异对于理解多孔性的选择、应用和性能至关重要碳材料欧洲杯足球竞彩．这只有通过应用各种孔隙模型来收集和考虑整个等温线才能实现。

本文基于Darren Lapham博士撰写的一篇应用论文，他是MCA Services的运营经理，MCA Services是一家英国合同分析实验室和物理材料表征咨询公司，自2002年以来。欧洲杯足球竞彩达伦专门从事气体吸附、汞孔隙度测定和化学吸附技术。达伦于2000年在埃塞克斯大学获得物理化学博士学位，并在格林威治大学和剑桥大学进行博士后研究，致力于半导体和固态气体传感器和可充电电池技术。

这些信息来源于Micromeritics仪器公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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