はじめに
二酸化炭素を使用することで、マイクロポーラス材料の迅速で高分解能な特性評価が可能になります。Micromeritics TriStar II 3020は、CO2を吸着ガスとして使用し、分析浴を氷浴（273K）にすることで、8時間以内に10オングストローム以下の微細孔の特性を評価することができる。CO2吸着による等温線を77.3KでのN2吸着等温線と比較した。スリット孔カーボン上の窒素と二酸化炭素の密度汎関数理論（DFT）モデルを細孔サイズ分布計算に使用した。
小さな細孔を持つ材料に極低温で吸着させると、 数時間から数日のオーダーの遅い拡散（平衡化）速度が観測されることがある。閉じ込められた細孔における強い吸着ポテンシャルは、窒素のような吸着剤の高い取り込みをもたらし、これは非常に低い圧力での微細孔の充填に対応し、1トール圧力トランスデューサーの低い感度限界に挑戦することができる。二酸化炭素を用いた分析では、温度の上昇により平衡化速度が速くなり、はるかに高い圧力でガスが取り込まれるため、これらの両方の問題に対処できる。
実験的
SupelcoのCarboxen® 1012とMASTの合成炭素の2種類の入手しやすい炭素試料を使用した。Micromeritics TriStar II 3020は、760torr（相対圧0.03）までのCO2分析に使用されました。Micromeritics ASAP 2050高圧吸着アナライザーは、7600torrまでのCO2等温測定に使用され、Micromeritics ASAP 2020は、77Kでの窒素等温からDFT計算を用いてマイクロポアのサイズを検証するために使用された。
結果と考察
図1は、Carboxen 1012とMAST合成炭素の窒素と二酸化炭素の等温線を示している。カルボキセン1012への窒素吸着はI型等温曲線を示し、MASTカーボンはIV型等温曲線を示す。カルボキセン1012によるガス吸着が促進される傾向は、二酸化炭素吸着でも同様に観察された。MASTカーボンのメソ孔と、Carboxen 1012カーボンの10オングストロームから20オングストロームの大きなミクロ孔は、わかりやすくするために示していない。
微細孔分布の分解能を図 2 に示す。窒素の物理吸着と比較すると、二酸化炭素の収着から得られたDFT計算では、細孔径分布の特徴がより詳細に捉えられており、7Å以下の細孔充填が観察される。
図3は、760torrまでの二酸化炭素の等温線を7600torrまでの測定値と比較したもので、高圧吸着と「低圧」吸着が一致していることを示している。
表1は、二酸化炭素収着による表面積計算と窒素収 着による計算を比較したものである。BET表面積計算は、結果を物理的に意味のあるものにするため、相対圧力0.1以下で行った。CO2吸着によるラングミュア表面積は、600-3000torrの絶対圧範囲で計算した。絶対圧50torrまでの圧力を用いて計算したN2吸着からのラングミュア表面積（図示せず）は、窒素BET表面積と6%以内で一致した。
結論
提示されたデータから、TriStar II 3020は、他のMicromeritics物理吸着装置と同様に、炭素中の微細孔の迅速で高分解能の特性評価を得るために使用できると結論づけることができる。273Kでの二酸化炭素の物理吸着技術は高圧まで拡張でき、ラングミュアやBET表面積の計算が可能である。この研究で分析された2つの材料について、273Kでの二酸化炭素吸着から計算されたラングミュア表面積は、77.3KでのN2吸着から計算されたBET表面積に匹敵する。
