技术分享 | 一文了解物理吸附与化学吸附的含义与异同

气体分子在固体表面的吸附机理极为复杂，其中包含物理吸附和化学吸附。二者之间的本质区别是气体分子与固体表面之间作用力的性质。

首先，谈谈吸附指的是什么？

吸附是指一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上，即物质在界面上富集变浓的现象。在气/固系统中，吸附发生在邻近固体表面的结构上。其中，发生吸附的固体材料称为吸附剂（如活性炭、硅胶、分子筛、氧化铝等）；被吸附的物质称为吸附质（如氮气，氩气，CO2，氪气等）；处于流动相中，但与吸附质组成相同的物质称为吸附物质。吸附过程分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附是一个普遍的现象，存在于接触吸附气体（吸附物质）的固体（吸附剂）表面。物理吸附由分子间作用力（范德华力）引起，它的性质类似于蒸汽的凝聚和气体的液化。

由于任何分子间都有作用力，所以物理吸附是无选择性的，为可逆吸附，其活化能小，吸附和脱附都较容易。物理吸附可以是单分子层吸附和多分子层吸附。

物理吸附测量方法主要有三种：静态容量法、流动法和重量法。当前广泛应用的物理吸附仪大都是根据静态容量法而设计的，其主要测量的是在一定温度下，样品吸附量与压力的关系，即吸附等温曲线。

化学吸附是由于吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键而产生的吸附。

化学吸附具有选择性，仅发生单分子层吸附，大多为不可逆吸附，活化能大，脱附往往需要较高的温度，其吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。

根据测试方法的不同，化学吸附可分为静态化学吸附和动态化学吸附。静态化学吸附分析常需在高真空容量装置上进行。动态化学吸附用于测量样品在流动气氛下，气体流过样品后组分的变化。动态化学吸附通常包括程序升温技术，如程序升温还原(TPR)，程序升温脱附(TPD)，程序升温氧化(TPO)，程序升温表面反应(TPSR)等，以及脉冲化学吸附。

实际吸附过程中，可能同时存在物理吸附与化学吸附。通常来说，在低温下以发生物理吸附为主，而化学吸附常需要一定的温度条件。

物理吸附技术可用于材料的表面积、孔径、孔容、吸附热及吸附动力学等的研究。化学吸附是用于表征催化剂和其他涉及反应表面的材料的有效方法，可对催化剂活性表面积、金属分散度及酸性位等性质进行研究。

安东帕有多款物理和化学吸附仪，包括如最新推出的Autosorb 6x00系列多功能物理/化学吸附仪，Nova系列物理吸附仪，以及ChemBET Pulsar TPR/TPD全自动化学吸附仪等，可对材料的孔结构和物理化学吸附性能等进行全面表征。