典型的物理吸附过程:一个氮气分子的历险记

• 花匠小妙招
• 2025-06-26 21:30

前言

气体分子有在固体表面自动聚集以求降低表面能的趋势。这种固体表面的气体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固体的表面吸附（adsorption）。整个固体表面吸附周围气体分子的过程称为气体吸附。事实证明，监测气体吸附过程能够得到丰富的关于固体特征的有用信息。

在气/固系统的中，吸附发生在邻近固体表面的结构上。发生吸附的固体材料称为吸附剂（adsorbent）；处于被吸附状态的物质称为吸附质（adsorbate）；处于流动相中，但与吸附质组成相同的物质称为（被）吸附物质（adsorptive）。吸附系统是由三个区域组成的：固体，气体和吸附空间（例如，吸附层）。对于典型的探针分子氮气77K吸附，一般需要经历三个阶段的历险。我们来看看。

氮气分子的吸附过程

这是一个经过脱气后的样品表面。我们看到，表面和孔道内部的水汽及其它杂质已经被脱除干净。氦气完成死体积测试后，系统将移除氦气，等待氮气分子的投入以吸附到其表面。

当投入氮气分子后，氮气分子首先处于样品周围的空间中，该部分空间又称为死体积。

第一步，单分子层吸附阶段：此时氮气分子都与样品固体的表面接触，形成了单层吸附。特别是对于有微孔的材料，微孔会首先发生吸附，我们称之为微孔填充。

第二步，多层吸附阶段：随着吸附压力的上升，一些孔径较窄的孔首先被氮气分子填充满；与此同时还会进一步发生氮气的多层吸附，即吸附空间容纳了多层的分子，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，多层吸附紧跟着发生在孔道中的凝聚现象。

第三步，毛细管（或孔）凝聚：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。我们要特别留意区分，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。

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安东帕康塔autosorb 6x00系列可以兼容多种吸附气体，同时可以三种气体在三种不同温度下进行物理吸附测试，节约分析时间；同时仪器配套的Anton Paar kaomi for autosorb软件内置孔径合并功能，多种DFT模型和GCMC模型，可以满足客户不同材料的表征需求。

编者：安东帕应用团队                 

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