Анализаторы Quantachrome для исследования углеродных наноматериалов

Наиболее интересным для исследования углеродных наноматериалов является оборудование производства компании Quantachrome (США), позволяющее определять такие характеристики как удельная поверхность, характер пористости и размеры пор, а также исследовать адсорбцию водорода на углеродных микропористых материалах под давлением. Для подобных исследований целесообразно использовать анализаторы, работающие на основе сорбционного волюметрического метода.

Зачастую углеродные наноразмерные структуры имеют поры порядка размеров молекулы : от 0.35 – 2 нм, по терминологии ИЮПАК именуемые микропорами. Микропоры представляют определенные сложности для исследования, т.к. интрузионный метод и оптическое детектирование в этом диапазоне невозможны. Использование волюметрического сорбционного метода осложнено тем, что заполнение этих пор адсорбатом происходит при довольно низком, порядка 10-2-10-4 мм рт.ст. , давлении. При условии высокоточного детектирования низкого давления, волюметрический сорбционный метод дает надежные результаты, хорошо согласующиеся с методами XRD/SACS (дифракция/малоугловое рассеяние рентгеновских лучей).

Волюметрический анализатор удельной поверхности и размеров пор Autosorb-iQ-MP, оснащенный датчиками давления в диапазонах до 1000, 10 и 1 мм рт.ст., позволяет проводить высокоточные исследования микропористых материалов, достигая значения 10-7 по шкале относительных давлений P/P0. В приборе используются новейшие статистические методы для расчетов удельной поверхности и распределения пор по размерам, включая моделирование по теории функционалов плотности NLDFT и QSDFT. В программном обеспечении прибора имеется обширная библиотека этих методов, в том числе специально разработанных под углеродные материалы. Классические модели не применимы для исследований микропористых материалов, т.к. речь идет о порах порядка размеров молекулы.

Анализаторы iSorb позволяют проводить исследования процессов газовой сорбции водорода, метана, углекислого газа под давлением до 200 атмосфер. Могут быть получены полные изотермы адсорбции и десорбции с заданными параметрами равновесия и выбора относительного давления, имеется большой выбор моделей для обработки данных. Применение анализаторов iSorb актуально при разработках углеродных микропористых материалов, используемых для хранения водорода, метана и т.д.

Методом динамического рассеяния света (DLS) с помощью анализатора DynaPro NanoStar, производства Wyatt (США), измеряются размеры наночастиц в диапазоне 0.5-1000 нм. Определяемой величиной при этом является гидродинамический радиус частицы. Анализатор размеров частиц Mobius при этом также позволяет определять их дзета-потенциал, основываясь на исследовании электрофоретической подвижности.

Ключевые слова: удельная поверхность, распределение пор по размерам, адсорбция водорода, определение размеров наночастиц, нелинейная теория функционалов плотности, теория функционалов плотности негомогенных твердотельных состояний, динамическое рассеяние света, дзета-потенциал.

Keywords: surface area, pore size distribution, hydrogen adsorption, nanoparticle size, NLDFT, QSDFT, DLS, zeta-potential.