Chapter 01 基础篇
17. 介孔材料的物理吸附过程是怎样的？
根据IUPAC于2015年发布的报告，发生在介孔材料上的物理吸附都有以下三个不同阶段:
(1) 单分子层吸附（monolayer multilayer）：所有的被吸附分子都与吸附剂的表面层接触。
(2) 多层吸附（multilayer adsorption）：吸附空间容纳了一层以上的分子，使得并非所有的吸附分子都与吸附剂表面直接接触。在介孔中，多层吸附后紧跟着会发生在孔道中的凝聚。
(3) 毛细管（或孔）凝聚现象 [Capillary (or pore) condensation]：即一种气体在压力 p 小于其饱和压力 p0 的情况下，在孔道中冷凝成液体状的相态。毛细管凝聚反映了在一个有限的体积系统中发生的气-液相变。术语“毛细管（或孔）凝聚”不能用于描述微孔填充过程， 因为在微孔中不涉及气-液之间的相变。
18.什么是气体吸附等温线？
如果绝对温度，压力和气体（吸附质）和表面（吸附剂）的作用能不变，则在一个特定表面的吸附量是不变的。因为固体表面对气体的吸附量是温度、压力和亲和力或作用能的函数，所以我们在恒定温度下，就可以用平衡压力对单位重量吸附剂的吸附量作图。这种在恒定温度下，吸附量对压力变化的曲线就是特定气-固界面的吸附等温线。
19. 如何利用气体吸附原理分析比表面？
固体多孔材料的单位重量的表面积（即比表面积）是重要的物理参数。真实表面包括不规则的表面和孔的内部表面。它们的面积无法从颗粒大小的信息中计算出来，但却可以通过在原子水平上吸附某种不活动的或惰性气体来确定。气体的吸附量，不仅仅是暴露表面总量的函数，还是温度，气体压力，以及气体和固体之间发生反应强度的函数。因为多数气体和固体之间相互作用微弱，为使其发生相当的吸附，使其吸附量足以覆盖整个表面，必须将表面充分冷却到气体的沸点温度。随着气体压力的提高，表面吸附量会以一种非线型方式增加。但是，当气体以一个原子厚度全部覆盖表面后（单分子层气体），对冷气体的吸附并没有停止！随着相对压力的提高，超量的气体被吸附从而构成“多分子层”，进而可能进一步液化而填满整个孔道（图1-5）。
为了达到上述目的，首先要把样品进行真空脱气，对样品表面进行清洁；如果用氮气作为分子探针（尺子），需要随后将样品连同样品管称重后放入液氮中（-196℃），有控制地通入已由压力传感器计量的氮气，记录样品的吸附量。该过程相当复杂和漫长。在取得不同压力下样品饱和吸附量的数据后，再通过由样品性质决定的经验公式(模型)计算出所需要的结果。
打一个不完全恰当的比方：要测量一间屋子的面积，但是除了有许多篮球并没有合适的尺子， 而篮球的直径和截面积是已知的。于是，在测量屋子的面积之前，首先要将屋子中放置的家具搬出去，然后往屋里扔篮球，扔进来的数目是可以控制并计算出来的，等篮球铺满了屋子，我们将篮球的截面积乘以扔进来的篮球数就能估算出该房间的面积。同理，接着扔篮球，直至这个房间都被篮球充满直到房顶，我们就能推断出这个房间的空间大小。物理吸附仪就是为了实现这个过程而设计的。
图1-5 固体表面吸附
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