Pendant des années, la caractérisation de la surface et de la distribution de la taille des pores (PSD) des matériaux poreux a été dominée par l'analyse des isothermes d'adsorption de l'azote (N2) mesurée à son point d'ébullition (77 K). Le N2 étant facilement disponible, peu coûteux et couramment utilisé dans les laboratoires, il restera l'adsorbat le plus utilisé pour la caractérisation des surfaces solides.
L'approche moderne pour caractériser la texture des matériaux poreux est basée sur l'utilisation de modèles moléculaires tels que la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ou les simulations de Monte Carlo. Les potentiels d'interaction moléculaire sont essentiels dans le développement de modèles pour les calculs PSD. Les modèles basés sur les gaz inertes sont les meilleurs pour la caractérisation de la taille des pores car leur adsorption est plus sensible à la géométrie solide comme la largeur des pores et non aux interactions spécifiques avec les sites chimiques de la surface. Par conséquent, Ar est préférable à N2, qui possède un fort moment quadrupolaire susceptible d'interagir avec les sites polaires de la surface et d'influencer ainsi l'isotherme d'adsorption. La préférence d'utiliser Ar plutôt que N2 pour la caractérisation de la surface a été officiellement recommandée par le rapport technique de l'UICPA (2015).
Le dioxyde de carbone,CO2, un autre gaz souvent utilisé pour caractériser les carbones microporeux, présente un moment quadrupolaire encore plus élevé que N2. Dans l'étude récente, nous avons remplacé N2 etCO2 par des gaz O2 etH2 dont les moments quadripolaires sont beaucoup plus faibles. Les calculs de DSP ont été effectués à l'aide de modèles moléculaires basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité non locale bidimensionnelle (2D-NLDFT) corrigée classique et quantique. Nous avons démontré un accord quantitatif entre les résultats PSD dérivés des isothermes d'adsorption d'O2 et de N2 mesurés à 77 K et d'Ar à 87 K sur plusieurs échantillons de carbone représentatifs. Ces gaz peuvent être utilisés comme sondes individuelles pour le calcul de la DSP ou combinés avec les noyaux correspondants pour ajuster les isothermes correspondants mesurés simultanément sur un échantillon donné. Une telle analyse complète des données d'adsorption fournit des résultats plus robustes que ceux dérivés d'une seule isotherme. Un avantage supplémentaire des modèles fournissant des résultats PSD cohérents est la possibilité de prédire une isotherme à partir d'une autre mesurée sur le même échantillon.
