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Exploiting the adsorption of simple gases O2 and H2 with minimal quadrupole moments for the dual gas characterization of nanoporous carbons using 2D-NLDFT models
Carbon ( IF 10.9 ) Pub Date : 2020-04-01 , DOI: 10.1016/j.carbon.2020.01.013 Jacek Jagiello , Jeffrey Kenvin , Conchi O. Ania , Jose B. Parra , Alain Celzard , Vanessa Fierro
Carbon ( IF 10.9 ) Pub Date : 2020-04-01 , DOI: 10.1016/j.carbon.2020.01.013 Jacek Jagiello , Jeffrey Kenvin , Conchi O. Ania , Jose B. Parra , Alain Celzard , Vanessa Fierro
Abstract For years, the characterization of carbon pore size distribution (PSD) has been dominated by the analysis of N2 isotherms. Recently, the IUPAC Technical Report (2015) recommended Ar as inert gas for this analysis. N2 molecule due to its significant quadrupole moment may selectively interact with the polar surface sites and affect the isotherm measurement. CO2, another gas that is often used for the characterization of microporous carbons exhibits even higher quadrupole moment than N2. In the present study, we substitute N2 and CO2 with O2 and H2 gases that have much lower quadrupole moments. The PSD calculations are performed using molecular models based on classical and quantum corrected two-dimensional nonlocal density functional theory (2D-NLDFT). We compare the results of the dual gas analysis methods by the simultaneous fit of our models to N2 & CO2, and O2 & H2 isotherms for several reference carbon samples and demonstrate consistency between the results derived from both pairs of isotherms. A fundamental and practical benefit of using the dual gas analysis method is the ability to obtain the full micro and mesopore PSD by using a partial O2 isotherm without low-pressure data in combination with full H2 isotherm both measured at 77 K.
中文翻译:
利用具有最小四极矩的简单气体 O2 和 H2 的吸附,使用 2D-NLDFT 模型对纳米多孔碳进行双重气体表征
摘要 多年来,碳孔径分布 (PSD) 的表征一直由 N2 等温线的分析主导。最近,IUPAC 技术报告(2015 年)推荐使用 Ar 作为该分析的惰性气体。N2 分子由于其显着的四极矩可以选择性地与极性表面位点相互作用并影响等温线测量。CO2 是另一种常用于表征微孔碳的气体,其四极矩比 N2 更高。在本研究中,我们用四极矩低得多的 O2 和 H2 气体代替 N2 和 CO2。PSD 计算是使用基于经典和量子校正二维非局域密度泛函理论 (2D-NLDFT) 的分子模型进行的。我们通过同时拟合我们的模型与 N2 和 CO2 以及 O2 和 H2 等温线对几个参考碳样品的双重气体分析方法的结果进行比较,并证明了从两对等温线得出的结果之间的一致性。使用双气体分析方法的一个基本和实用的好处是能够通过使用没有低压数据的部分 O2 等温线以及在 77 K 下测量的全 H2 等温线获得完整的微孔和中孔 PSD。
更新日期:2020-04-01
中文翻译:
利用具有最小四极矩的简单气体 O2 和 H2 的吸附,使用 2D-NLDFT 模型对纳米多孔碳进行双重气体表征
摘要 多年来,碳孔径分布 (PSD) 的表征一直由 N2 等温线的分析主导。最近,IUPAC 技术报告(2015 年)推荐使用 Ar 作为该分析的惰性气体。N2 分子由于其显着的四极矩可以选择性地与极性表面位点相互作用并影响等温线测量。CO2 是另一种常用于表征微孔碳的气体,其四极矩比 N2 更高。在本研究中,我们用四极矩低得多的 O2 和 H2 气体代替 N2 和 CO2。PSD 计算是使用基于经典和量子校正二维非局域密度泛函理论 (2D-NLDFT) 的分子模型进行的。我们通过同时拟合我们的模型与 N2 和 CO2 以及 O2 和 H2 等温线对几个参考碳样品的双重气体分析方法的结果进行比较,并证明了从两对等温线得出的结果之间的一致性。使用双气体分析方法的一个基本和实用的好处是能够通过使用没有低压数据的部分 O2 等温线以及在 77 K 下测量的全 H2 等温线获得完整的微孔和中孔 PSD。