ICS 71.040.50 CCS G 04 中华人民共和国国家标准 GB/T 42310—2023 纳米技术 石墨烯粉体比表面积的测定 氩气吸附静态容量法 NanotechnologyMeasurement for specific surface area of graphene powder- Static volumetric method by argon gas adsorption 2023-10-01实施 2023-03-17发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42310—2023 目 次 前言 引言 V 1 范围 规范性引用文件 2 3 术语和定义 4 原理 5 试剂或材料 仪器设备 6 测试过程 8 试验数据处理 9 测量不确定度 10 检测报告 附录A（资料性） 不同吸附质在石墨烯粉体样品表面的吸附行为 附录B（资料性） 不同类型石墨烯粉体样品吸附热的研究 附录C（资料性） 比表面积和样品取样量的关系测试示例 16 附录D（资料性） 热重分析确定测试样品的脱气温度测试示例 18 附录E（资料性）含有微孔的石墨烯粉体的BET比表面积计算选点过程 19 参考文献 GB/T42310—2023 前言 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任， 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。 本文件起草单位：国家纳米科学中心、中国计量科学研究院、广州特种承压设备检测研究院、贝士德 仪器科技（北京）有限公司、北京石墨烯研究院、青岛华高墨烯科技股份有限公司、治金工业信息标准研 究院、北京低碳清洁能源研究院、浙江师范大学、泰州飞荣达新材料科技有限公司、中国科学院山西煤炭 化学研究所。 本文件主要起草人：闫晓英、刘忍肖、葛广路、任玲玲、尹宗杰、李茂东、柳剑峰、杨照瑾、张荣花 柳絮、郭洪云、李倩、刘聪敏、代伟、何立粮、刘宏微、吕俊鹏、黄显虹。 II GB/T42310—2023 引言 石墨烯粉体的比表面积是影响其应用性能的关键特性参数之一。氮气吸附（Brunauer-Emmett Teller)法是测试固态物质比表面积的常用方法，但其适用前提是氮气作为吸附质在固态吸附剂表面的 吸附行为符合理想的经典物理吸附模型。我国产业化石墨烯粉体类型多样，不同类型的样品含有不同 的片层内缺陷、片径边缘位错、晶界等，使得在上述各处存在的碳原子化学性质活跃程度、数目等也存在 差异。此外，由于生产工艺的不同，不同类型粉体样品表面所引入功能基团（如-OH)等也不尽相同。氮 气分子具有四极矩，作为吸附质会和极性吸附剂相互作用形成特定吸附，形成不同于理想经典物理吸附 模型的分子排列取向，并可能造成多点BET图的线性相关性较差，故比表面积测试结果的准确性、可靠 性也较差。不同吸附质在石墨烯粉体表面的吸附行为见附录A。 氩气分子是单原子气体分子，电子已完全配对且不存在任何成键轨道，通常认为其不具有化学活 性。氩气分子不存在四极矩，作为吸附质在石墨烯粉体材料表面吸附时，对样品表面结构或官能团的敏 感性低，其吸附行为符合理想经典物理吸附模型，所以在液氩温度下进行比表面积测定时，可用经典 似，在非极性吸附剂上，氮的吸附热和氩的吸附热几乎相等。对于有极性的石墨烯粉体材料，氩气和氮 表面积的科学性和合理性。 IV GB/T42310—2023 纳米技术石墨烯粉体比表面积的测定 氩气吸附静态容量法 1范围 本文件描述了用氩气吸附静态容量法测定石墨烯粉体比表面积的方法。 本文件适用于测定具有Ⅱ型（分散的、无孔或大孔）和IV型（介孔，孔径2nm～50nm）吸附等温线的 石墨烯粉体的比表面积。含有少量微孔、吸附等温线呈现出Ⅱ型和I型相结合或IV型和I型相结合的 石墨烯粉体的比表面积测定亦适用。其他类型的碳基纳米材料，如碳纳米管、碳纤维、多孔炭等比表面 积的测定参照使用。 2规范性引用文件 2 本文件没有规范性引用文件。 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 石墨烯 希graphene 石墨烯层graphenelayer 单层石墨烯single-layergraphene;monolayergraphene 由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层。 注1：它是许多碳纳米物体的重要构建单元。 注2：由于石墨烯仅有一层，因此通常被称为单层石墨烯。石墨烯缩写为1LG，以便区别于缩写为2LG的双层石墨 烯和缩写为FLG的少层石墨烯。 注3：石墨烯有边界，并且在碳-碳键遭到破坏的地方有缺陷和晶界。 来源.GB/T30544.132018,3.1.2.1 3.2 石墨烯粉体 graphenepowder 主要由石墨烯和相关二维材料组成的、外观为黑色或棕黄色的粉体。 注：石墨烯粉体包括单层石墨烯（1LG）、双层石墨烯（2LG）、少层石墨烯（FLG）、石墨烯纳米片（GNP）、机械剥离石 墨烯、化学解离石墨烯、小分子合成（CVD、PVD)石墨烯、还原氧化石墨烯（rGO）、氧化石墨烯（GO)等 3.3 石墨烯纳米片graphenenanoplate;graphenenanoplatelet;GNP 由石墨烯层构成的纳米片。 注：GNPs的常见厚度为1nm至3nm，横向尺寸范围约为100nm至100μm。 L来源:GB/T30544.132018,3.1.2.11 3.4 氧化石墨烯 grapheneoxide;GO 对石墨进行氧化及剥离后所得到的化学改性石墨烯，其基平面已被强氧化改性。 1 GB/T423102023 注：氧化石墨烯是具有高氧含量的单层材料，通常由碳氧原子比（与合成方法有关，一般药为2.0）表征、 L来源：GB/T30544.13—2018，3.1.2.13 3.5 还原氧化石墨烯 reduced graphene oxide;rGO 氧含量被降低后的氧化石墨烯。 注1：可通过化学、热学、微波、光化、光热、微生物/细菌等方法，或者剥离还原氧化石墨方法得到还原氧化石墨烯 注2：如果氧化石墨烯被完全还原，那么得到的就是石墨烯。然而，实际上仍会残留部分含氧功能基团，并且sp化 的化学组分。 注3：还原氧化石墨烯可有不同的形态，例如片状或蠕虫状结构。 L来源:GB/T30544.132018,3.1.2.14 3.6 物理吸附 physisorption 吸附质弱的键合：压力和温度微小变动即可引起过程逆转的吸附。 ［来源：GB/T19587—2017,3.2] 3.7 比表面积 specific surface area 单位质量固态物质的内外表面积之和。 注1：表面积在给定测量条件和方法的前提下才有意义，本文件中的表面积指的是用氩气吸附静态容量法测量的石 墨烯粉体的表面积。 注2：对本文件而言，所测定的表面积包括石墨烯粉体的外表面积和作为吸附质的氩气可进入的大孔、介孔和微孔 的内表面积之和。 ［来源：GB/T19587—2017，3.11，有修改］ 3.8 等温线 isotherm 恒定温度下，气体吸附量与气体平衡压力之间的关系曲线 ［来源：GB/T19587—2017,3.6] 3.9 自由空间 Jfreespace 除去试样体积以外的样品室的体积。 ［来源：GB/T19587—2017,3.19] 4原理 本文件给出的氩气吸附静态容量法以氩气为吸附质。将已知量的吸附气体通人处于吸附温度下的 样品室中（见图1），在有限的固定容积中，因测试样品开始吸附气体导致气压下降，直到吸附达到平衡。 在平衡压力力下被吸附的气体量是通入的气体量与仍然保留为气相的吸附气体量之差。测量系统压 力的同时还需测量体积和温度，在测量温度下系统的体积用氮气标定。 2 GB/T42310—2023 标引序号说明： 一样品； 气体量管； 一盛有液氩的杜瓦瓶； 6- 饱和蒸气压管； 3一真空系统； 吸附气体； 7- 4——压力计： 8 测量自由空间的气体（如氢气）。 图1静态容量法检测示意图 在液氩温度（87.3K）下通过静态容量法测量平衡状态下氩气分子的吸附等温线，采用BET多点法 进行数据分析，获得石墨烯粉体样品的吸附量与比表面积。本文件范围中涉及的Ⅱ型和IV型吸附等温 线以及Ⅱ型和I型相结合或IV型和I型相结合的吸附等温线见图2。 比+ 附 量 I I + 1 相对压力p/pg 图2Ⅱ型和V型等温线图以及Ⅱ型和I型相结合或V型和I型相结合等温线图 5试剂或材料 5.1氩气：纯度99.995%（体积分数）。 5.2氮气：纯度≥99.995%（体积分数）。 5.3氮气：纯度≥99.995%（体积分数）。