表面吸附等温线 表面吸附等温线描述的是在恒定温度下，气体在固体表面吸附的量与气体压力之间的函数关系。其核心是研究吸附质（被吸附的气体分子）与吸附剂（固体表面）之间的平衡行为。 基本概念与定义 吸附 ：指气体分子（吸附质）在固体表面（吸附剂）上富集的现象。与之相反，从表面脱离的过程称为 脱附 。 吸附量 (Γ 或 q) ：通常定义为在给定温度和压力下，单位质量（或单位表面积）的吸附剂上所吸附的吸附质的量（如摩尔数或体积）。 吸附等温线 ：当温度（T）保持恒定时，吸附量随吸附质平衡压力（P）变化的曲线。绘制和研究这些曲线是表征多孔材料或粉末表面积、孔结构的关键实验方法。 吸附等温线的典型类型 (IUPAC 分类) 根据其形状特征，物理吸附等温线主要分为六种基本类型： I 型 ：特征是在低相对压力下吸附量迅速上升，随后出现一个平台。这表明吸附剂主要是微孔材料（孔径 < 2 nm），在很低的压力下微孔就被迅速填满（微孔填充），平台对应着微孔的饱和吸附容量。常用于描述朗缪尔单层吸附或微孔填充。 II 型 ：呈反“S”形。常见于非孔或大孔材料。在低压区，曲线凸向压力轴，代表单分子层吸附的形成（符合BET理论的多层吸附起始阶段）。随着压力增加，曲线出现拐点，标志着单层吸附基本完成，开始多层吸附。在高压区，吸附层数理论上趋于无穷。 III 型 ：在整个压力范围内曲线凹向压力轴。这表明吸附质与吸附剂之间的相互作用（吸附质-吸附剂相互作用）远弱于吸附质分子自身的相互作用（吸附质-吸附质相互作用）。水蒸气在疏水材料上的吸附是典型例子。没有明显的单层形成点。 IV 型 ：与II型相似，在中等相对压力区域出现一个 吸附回滞环 ，即吸附分支与脱附分支不重合。这是中孔材料（孔径 2-50 nm）的典型特征。回滞环是由于在孔道内发生了毛细管凝聚现象——气体在低于其正常饱和蒸气压的压力下在孔内凝结成液体。回滞环的形状与孔的几何结构有关。 V 型 ：与III型相似，但在中等相对压力下吸附量有一个突增，并且通常也伴随有回滞环。它描述了在弱吸附质-吸附剂相互作用但强吸附质-吸附质相互作用的体系中的毛细管凝聚，例如水蒸气在某些活性炭或介孔硅上的吸附。 VI 型 ：阶梯状等温线。每一步代表在均匀的非孔表面上形成完整的一层吸附分子层。这是一种理想情况，表明吸附表面非常均匀，每一层的吸附能是离散的。稀有气体在石墨化碳黑上的吸附是典型例子。 描述等温线的数学模型 为了定量分析实验数据，科学家们建立了多种数学模型： 朗缪尔等温式 ：基于动态平衡假设，假设表面是均匀的，吸附是单分子层的，且分子间无相互作用。它非常成功地描述了I型等温线（特别是化学吸附和微孔填充）。 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 理论 ：朗缪尔理论的扩展，用于描述多层物理吸附。它是通过测量II型和IV型等温线来计算固体比表面积的最常用方法。其公式在相对压力为0.05-0.35的范围内通常适用。 其他等温式 ：对于更复杂的体系，还有如 Freundlich 经验公式（用于非均匀表面）、 Dubinin-Radushkevich 方程（专门用于微孔填充）和 Kelvin 方程 （用于从IV型和V型等温线计算中孔孔径分布）等。 理解表面吸附等温线是研究和设计催化剂、吸附剂、电池电极材料、气体储存材料以及进行环境污染物去除等领域的基础。