什麼是BET法

在低溫下使氮等氣體物理吸附於粉末,將BET式套用於吸附等溫線,由單分子層吸附量求出比表面積的方法。

日文名稱: BET法

「BET法」出現在1領域的2道練習題中(奈米材料等)。

這個名詞所屬的領域: 奈米材料

量測原理

BET法是基於Brunauer、Emmett、Teller 3人將Langmuir單分子層吸附的想法擴展到能處理多分子層吸附之理論的量測方法。將試樣加熱、脫氣以去除表面的水分等之後,冷卻到液態氮溫度(約77 K),改變氮氣的相對壓力 p/p₀ 同時量測吸附量。將得到的吸附等溫線套用BET式,即可求出恰好覆蓋表面1層所需的吸附量 vm。將 vm 換算成分子數,再乘以1個氮分子所占的面積約0.162 nm²,即可得到表面積。

套用BET式的範圍

BET式成立良好的,通常是相對壓力約0.05〜0.3的範圍。壓力低於此時表面不均勻的影響變大,高於此時細孔中毛細凝結的影響變大,而偏離直線。由BET圖直線的斜率與截距求出 vm 與常數C,也要確認C是否為正值等。細孔多的材料,值可能隨適用範圍的選擇而改變,因此記錄量測條件後再比較很重要。要精確量測小的表面積時,有時會以氪取代氮。

換算成粒徑以及與其他方法的比較

假設粒子是大小相同的緻密球,可由比表面積S以 d = 6/(ρS) 估算粒徑(BET粒徑)。BET法計算氣體分子能到達的所有表面,因此即使一次粒子以點接觸聚集,其表面也幾乎都會被量到。所以BET粒徑接近TEM所見的一次粒徑,通常比在液中連同團聚體一起量測的動態光散射或雷射繞射粒徑小。反之,BET粒徑遠小於TEM粒徑時,表示粒子表面有開放的細孔或凹凸。

練習BET法的題目

量測粉末比表面積的BET法原理,下列何者正確?

  1. A於約77 K改變壓力測氮吸附量,以BET式求單分子層吸附量再換算表面積
  2. B由XRD繞射峰的半高寬以謝樂公式求出微晶大小,再假設粒子為球形換算成表面積
  3. C將粉末分散在液體中量測雷射光的散射,再由所得粒徑分布假設為球形計算表面積
查看答案與解析

正確答案:A. 於約77 K改變壓力測氮吸附量,以BET式求單分子層吸附量再換算表面積

BET法是在液態氮溫度(約77 K)下使氮等氣體物理吸附於粉末,改變相對壓力同時量測吸附量的方法。將處理多分子層吸附的BET式,通常套用在相對壓力約0.05〜0.3範圍的數據上,求出單分子層吸附量 vm,再乘以1個氮分子所占的面積(約0.162 nm²)得到表面積。其特徵是能得到包含氣體分子可進入之開放細孔內表面在內的實際表面積。由XRD半高寬求得的是以謝樂公式算出的微晶大小,並不是粒子的表面積本身。雷射繞射、散射可得知粒子(包含團聚體)的大小分布,但不反映表面的凹凸與細孔。

常見問題

BET法能量測封閉細孔的表面嗎?

不能。氣體分子無法從外部進入的封閉細孔內面不參與吸附,因此不包含在BET比表面積中。

BET粒徑與謝樂公式的微晶尺寸有什麼不同?

BET粒徑是由粒子表面積求得的大小,謝樂公式求得的是晶體一致之區域(微晶)的大小。1個粒子由多個微晶構成時,BET粒徑大於微晶尺寸。

量測前為什麼要加熱試樣進行脫氣?

表面若殘留吸附的水分或氣體,氮可吸附的面積就會減少,使比表面積量得偏小。溫度要在試樣不變質的範圍內選擇。

解析中的「BET法」

出現「BET法」的題目(2題)

  1. 量測粉末比表面積的BET法原理,下列何者正確?
  2. 某氧化鋁奈米粉末以TEM觀察的一次粒子直徑約為30 nm,由BET比表面積假設為球形求得的粒徑也約為30 nm。然而分散在水中以動態光散射量測的平均粒徑約為400 nm。對此結果最適當的解釋為下列何者?

相關名詞

比表面積 XRD(X光繞射) 謝樂公式 由下而上法 石墨烯 奈米粒子的熔點下降 奈米碳管 界達電位 量子點

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