在材料科学、催化、能源与环境等领域，比表面积是衡量材料性能的重要参数之一。无论是活性炭的吸附效率、催化剂的活性，还是电极材料的储能性能，往往都与其表面积密切相关。当前应用最广泛的表面积测定方法就是 BET比表面积测试。本文将从原理、样品准备、数据处理及注意事项等几个方面，对BET测试进行详细解析。
一、BET测试的原理
1.1 吸附现象与比表面积
在固体材料表面，气体分子会以物理吸附的形式附着在材料表面，形成单分子层或多分子层。当气体分子在材料表面达到平衡吸附时，吸附量与气体相对压力之间存在一定关系。BET理论正是基于这一现象提出的。
1.2 BET方程
BET（Brunauer–Emmett–Teller）理论于1938年提出，其核心是通过气体在固体表面的多分子层吸附行为，推导出比表面积的计算方法。
BET方程形式为：
其中：
(V)：在相对压力 (P/Po) 下的吸附量
(Vm)：单分子层吸附量
(P)：吸附压力
(Po)：饱和蒸汽压
(C)：常数，反映吸附热与汽化热的差异
通过实验测得一系列吸附数据后，可以绘制 BET 线性图（通常选取 (P/Po) 在 0.05–0.35 区间），再由斜率与截距计算出 Vm 和 C，最终得到比表面积。
1.3 气体选择
常用的吸附介质为：
氮气（77 K） → 最普遍选择
氩气（87 K） → 适用于微孔材料
二氧化碳（273 K） → 更适合超微孔测量
二、样品准备
BET测试对样品的前处理要求极高，不当的准备会直接导致结果偏差。
2.1 脱气处理
目的：去除样品表面的水分和杂质气体，避免影响吸附数据。
方法：常用真空或高纯惰性气体（如氦气、氮气）进行脱气。
温度选择：根据材料性质设定，一般在 80℃–350℃ 范围内。
高分子或有机骨架材料：温度偏低（80–120℃），避免结构破坏
无机氧化物、碳材料：可采用较高温度（200–350℃）
2.2 样品量
通常需要 50–300 mg 样品，具体依仪器和材料类型而定。粉末材料应均匀分散，避免堆积造成传热不良。
2.3 注意事项
避免空气污染：脱气完成后应尽快转移至分析端，减少吸湿。
保持结构稳定：对于含孔隙的MOFs等材料，应谨慎控制温度，避免晶体塌陷。
重复性：同一批样品尽量在相同条件下测试，以提高数据可比性。
三、BET测试实验步骤
3.1 吸附–脱附等温线的获取
样品装管 → 固定于样品池内
脱气处理 → 确保表面洁净
冷阱降温 → 液氮（77 K）或其他冷却方式
逐步升压 → 记录不同相对压力下的气体吸附量
完成循环 → 获得完整的吸附–脱附等温线
3.2 BET区间选择
通常在 0.05–0.35 P/P0 区间拟合
需满足 BET一致性判据
四、数据处理与计算
4.1 单分子层吸附量的求解
通过线性拟合 BET 方程，得到斜率 (k) 和截距 (b)，可计算：
4.2 比表面积计算
已知气体的分子横截面积（氮气分子约为 0.162 nm²），则：
其中：
（NA)：阿伏伽德罗常数
(σ)：气体分子截面积
(m)：样品质量
4.3 吸附–脱附等温线分析
除了BET比表面积，还可以从等温线和滞后回线中获得信息：
孔径分布：采用BJH或DFT方法计算
孔体积：由高相对压力下的吸附量估算
孔结构类型：I–VI型等温线及滞后曲线对应不同孔道结构
五、孔结构类型与解析
除了比表面积，BET测试结合 BJH、DFT 等方法还能提供孔径分布信息。
微孔（Micropores, <2 nm）
介孔（Mesopores, 2–50 nm）
大孔/全孔（Macropores, >50 nm）
孔径大于 50 nm。
在氮气吸附中通常表现为 II 型等温线，吸附量随压力增加而持续上升。
大孔本身比表面积贡献不大，但在复合孔结构材料中起到“传输通道”的作用，可改善扩散性能。
孔径在 2–50 nm 之间。
在吸附–脱附等温线中表现为 IV 型曲线，且有明显的滞后回线。
广泛存在于二氧化硅、氧化铝、介孔碳等材料中。
优点：利于分子传质，常用于催化剂载体。
孔径小于 2 nm，提供超高比表面积。
常见于活性炭、沸石、MOFs 等。
氮气 77 K 吸附可能受扩散限制，需用 CO₂ 吸附补充测量。
六、常见问题与注意事项
BET区间选择不当：过低或过高的相对压力都会导致拟合偏差。
脱气过度或不足：
过度 → 材料结构坍塌
不足 → 表面残留杂质，吸附量虚高
样品活性过强：部分催化剂在测试过程中可能与氮气发生相互作用，需特别关注。
结果对比困难：不同实验室可能使用不同前处理条件，因此发表数据时应标注脱气温度、时间和吸附气体类型。
七、BET测试的应用领域
催化剂开发
比表面积越大，活性位点越多，催化活性通常更高。
能源材料
锂电池、电容器电极材料的储能性能与比表面积和孔结构密切相关。
吸附剂与分离材料
活性炭、沸石、MOFs等吸附性能直接依赖比表面积。
环境治理
吸附除污染物（如VOC、重金属离子）需要高比表面积材料。
八、总结
BET比表面积测试作为一种经典而实用的表征手段，已在材料科学领域应用超过80年。通过合理的样品准备、区间选择与数据处理，研究人员能够获得准确的表面积和孔结构信息，为材料设计和性能优化提供坚实的数据支撑。
在实际应用中，我们不仅要“测得”比表面积，更要“读懂”比表面积，从而将测试数据转化为对材料性质的深刻理解。