更新：XRD和BET思考题

关于XRD和BET思考题（请及时更新）

（XRD可参考：高等结构分析，马礼敦主编，复旦大学出版社；） （BET目前无教材，信息来自文献和一些专业书籍） 1. X 射线多晶衍射的基本原理（了解布拉格方程） 答：

结构：X射线管、处理台、测角仪、检测器、计算机

X射线衍射仪主要由X射线发生器（X射线管）、测角仪、X射线探测器、计算机控制处理系统等组成。

工作原理：利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。衍射X射线满足布拉格方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X射线的波长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是整数。波长λ可用已知的X射线衍射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。将求出的衍射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。从衍射X射线强度的比较，可进行定量分析。

2. X射线物相定性分析原理及步骤

答：每种结晶物质都有其特征结构参数，没有两种衍射花纹完全相同的两种物质，将几种物质混合后所得结果是个单独物相衍射线条的简单叠加。

物相分析是X射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。

定性分析是把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相。 根据晶体对x射线的衍射特征—衍射线的方向及强度来鉴定结晶物质。

A取得试样的衍射特征b确定衍射峰线峰位c取三强线作为检索依据查找索引 定性分析法：图谱直接对比法、数据对比法、计算机自动检索法。 定性分析步骤：

3. X 射线多晶衍射谱可以提供哪些信息？

答：2θ，及2θ附近有一定的衍射强度分别、衍射峰的位置、强度、峰型

一、谱图横坐标2θ，从而知道掠射角θ(入射角的余角，又称为布拉格角)。然后就可以求得谱线对应的晶面-晶面间距d值；最后可获得晶体的长宽高几何尺寸。 二、谱图的谱线强度（纵标）；如果是照片、感光底片的话，就是光斑的亮度。 三、所有横标纵标信息、强度信息、谱线分布谱线组合全体搭配信息，通俗地讲就是衍射花样，是XRD的重要信息，从中可能也可以导向对谱图进行解析、归属谱线到晶面、推导出晶体的晶系晶型等等

4. 如何用谢乐公式测定晶粒大小？ 答

：

5. 若锡酸锌中的锌部分被镉取代（晶格取代），2?角向高角移动还是低角移动？（考虑原子半径） 镉的原子半径大于锌 （认为取代后离子半径影响大于静电引力）布拉格方程向小角度移动。 6. 微孔，介孔和大孔材料在XRD图谱上有何不同？（考虑2?角和衍射峰的数目） 答：介孔在1°-5°有两个峰，微孔在广角偏向大角度，大孔无法测出（答案不懂，有事别找我）

7. 结晶度的定义及利用结晶度进行XRD定量分析 答：材料在晶化过程中，晶态物质相含量会发生变化

结晶度： Xc结晶度 Wc晶相质量分数 Wa非晶相质量分数

用xrd测定结晶度是通过测定样品中晶相与非晶相衍射强度来实现的

Ic晶相衍射强度 Ia非晶相衍射强度 k实验条件，角度范围，密度比等有关常数

8. 什么是吸附等温线？

答：在密封体系中，某种材料在特定温度下对气体的吸附量与吸附平衡后的压力的特殊的对应关系。 9. 吸附等温线主要有哪几种类型（熟悉图谱特征）？ 答：

Ⅰ型等温线：Langmuir 等温线

相应于朗格缪单层可逆吸附过程，是窄孔进行吸附，而对于微孔来说，可以说是体积充填的结果。样品的外表面积比孔内表面积小很多，吸附容量受孔体积控制。平台转折点对应吸附剂的小孔完全被凝聚液充满。微孔硅胶、沸石、炭分子筛等，出现这类等温线。

这类等温线在接近饱和蒸气压时，由于微粒之间存在缝隙，会发生类似于大孔的吸附，等温线会迅速上升。 Ⅱ型等温线：S 型等温线

相应于发生在非多孔性固体表面或大孔固体上自由的单一多层可逆吸附过程。在低P/P0处有拐点B，是等温线的第一个陡峭部,它指示单分子层的饱和吸附量，相当于单分子层吸附的完成。随着相对压力的增加，开始形成第二层，在饱和蒸气压时，吸附层数无限大。

这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于 20nm时常遇到。它的固体孔径尺寸无上限。在低P/P0区，曲线凸向上或凸向下，反映了吸附质与吸附剂相互作用的强或弱。

Ⅲ型等温线：在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点 B

在憎液性表面发生多分子层，或固体和吸附质的吸附相互作用小于吸附质之间的相互作用时，呈现这种类型。例如水蒸气在石墨表面上吸附或在进行过憎水处理的非多孔性金属氧化物上的吸附。在低压区的吸附量少，且不出现 B 点，表明吸附剂和吸附质之间的作用力相当弱。相对压力越高，吸附量越多，表现出有孔充填。有一些物系（例如氮在各种聚合物上的吸附）出现逐渐弯曲的等温线，没有可识别的 B点．在这种情况下吸附剂和吸附质的相互作用是比较弱的。

Ⅳ型等温线：

低P/P0区曲线凸向上，与Ⅱ型等温线类似。在较高P/P0区，吸附质发生毛细管凝聚，等温线迅速上升。当所有孔均发生凝聚后，吸附只在远小于内表面积的外表面上发生，曲线平坦。在相对压力 1 接近时，在大孔上吸附，曲线上升。

由于发生毛细管凝聚，在这个区内可观察到滞后现象，即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合，脱附等温线在吸附等温线的上方，产生吸附滞后(adsorption hysteresis)，呈现滞后环。这种吸附滞后现象与孔的形状及其大小有关，因此通过分析吸脱附等温线能知道孔的大小及其分布。

V型等温线的特征是向相对压力轴凸起。与III型等温线不同，在更高相对压力下存在一个拐点。V型等温线来源于微孔和介孔固体上的弱气－固相互作用，微孔材料的水蒸汽吸附常见此类线型。

VI型等温线以其吸附过程的台阶状特性而著称。这些台阶来源于均匀非孔表面的依次多层吸附。液氮温度下的氮气吸附不能获得这种等温线的完整形式，而液氩下的氩吸附则可以实现。

10. 滞后环产生的原因及滞后环有哪几种类型及每种滞后环对应的孔结构类型？（重点了解H1和H2）

※滞后环的产生原因 这是由于毛细管凝聚作用使N2 分子在低于常压下冷凝填充了介孔孔道，由于开始发生毛细凝结时是在孔壁上的环状吸附膜液面上进行，而脱附是从孔口的球形弯月液面开始，从而吸脱附等温线不相重合，往往形成一个滞后环。还有另外一种说法是吸附时液氮进入孔道与材料之间接触角是前进角，脱附时是后退角，这两个角度不同导致使用Kelvin方程时出现差异。当然有可能是二者的共同作用，个人倾向于认同前者，至少直觉上（玄乎？）前者说得通些。 H1是均匀孔模型，可视为直筒孔便于理解。但有些同学在解谱时会说由H1型滞后环可知SBA-15具有有序六方介孔结构，这是错误的说法。H1型滞后环可以看出有序介孔，但是否是六方、四方、三角就不知道了，六方是小角XRD看出来的东西，这是明显的张冠李戴； 答：

H2比较难解释，一般认为是多孔吸附质或均匀粒子堆积孔造成的，多认为是 “ink bottle”，等小孔径瓶颈中的液氮脱附后，束缚于瓶中的液氮气体会骤然逸出；

11. 如何通过吸附等温线数据得到BET比表面的数据？

答：

12. 了解t-plot方法及应用

答：以N2吸附量对单分子层吸附量作图，凝聚是形成的吸附膜平均厚度是平均吸附层数乘以单分子层厚度（0.354nm），比表面积=0.162*单分子层吸附量*NA

样品为无孔材料时，t-plot是一条过原点的直线，当样品中有微孔、介孔大孔时直线会变成几段折线，需要分别处理

13. 不同类型的孔径分布需要不同的数据处理方法和模型，如介孔孔径分布一般采用什么方程处理得到？微孔呢？ 答：介孔孔径分布一般采用BJH、DH方程处理。微孔孔径分布一般采用DA（DR理论的依据）、HK、SF、MP方程处理。

14. TypeⅠ吸附等温线适用于什么类型的材料，一般用什么方法处理数据？ 答：外表面相对较小的微孔材料，活性炭，分子筛，某些多孔氧化物

15. Type Ⅳ吸附等温线适用于什么类型的材料，一般用什么方法处理数据？ 答：介孔固体。出现毛细凝聚，有迟滞环。

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