密度泛函理论应用于从物理吸附等温线提取信息的简史
在20世纪80年代,对非均匀系统中流体行为的理论理解取得了相当大的进展。特别关注的是受管壁、毛细血管和裂缝限制的流体的相变化。1987年2月,Tarazona、Marconi和Evans发表了一篇论文,这篇论文在定义密度泛函理论(DFT)在吸附等温线上的应用方面发挥了重要作用(1)题为流体界面和受限流体的相平衡-非局部与局部密度函数.
1989年,西顿,沃尔顿和夸克(2)首先描述了一种实用的方法,利用平均场密度泛函理论计算的模型等温线来确定氮等温线的孔径分布。然而,他们的方法采用了一个特定分布函数的假设。
Micromeritics仪器公司的研究人员认识到假定分布形状的缺点。认为要使DFT成为一种被广泛接受的降低吸附等温线的通用方法,它需要独立于任何假定的分布模型。
由詹姆斯·p·奥利维尔领导,威廉·b·康克林协助(3)成功地发展了一种测定材料中孔径分布的方法,该方法适用于吸附分子能达到的所有孔径范围,而且对孔径分布的功能形式没有任何假设。通过使用一组由DFT计算的与孔隙形状相关的模型等温线对等温线数据进行数值反褶积来实现概化,该模型中的每个成员都代表了一个独特的、狭窄的孔隙尺寸范围,而整个模型涵盖了广泛的尺寸范围。
因此,在1991年,Micromeritics成为第一个商用仪器制造商,提出了使用DFT作为从物理吸附等温线提取孔隙度信息的通用方法的发现。演讲的题目是利用约束态理论从物理吸附数据表征多孔固体这是由Olivier和Conklin在法国贡比涅举行的第七届表面与胶体科学国际会议上发表的。在这项工作中,吸附等温线是使用修正的平均场密度梯度理论的相位变化在接近表面和狭窄的孔隙。
值得注意的是,到目前为止,在DFT应用于吸附等温线的发展过程中,无论是Seaton等人的原始工作,还是Olivier和Conklin随后的工作,都使用了简单的局部密度近似(LDA)来计算预测的等温线。拉斯托斯基,古宾斯和夸克(4、5)认识到LDA方法的粗糙性,随后通过使用Tarazona描述的精细平滑密度近似(SDA)扩展了Seaton的原始工作。自1993年出版以来,重点转向非局部密度近似。
奥利弗和康克林(6)也在探索SDA方法的使用,并在1992年在波兰Kazimier Dolny举行的关于固体吸附和催化表面非均匀性影响的国际研讨会上提出了他们的发现。奥利维尔论文的标题是从密度泛函理论模型确定多孔固体中吸附和冷凝的孔径分布。
Micromeritics的下一篇关于DFT的文章是由Olivier、Conklin和Szombathely撰写的(7)题为从密度泛函理论测定孔径分布:氮和氩结果的比较。该论文在1993年第三次cop会议上提出。利用非负最小二乘(NNLS)技术对模型和实验数据进行反褶积,并采用非线性约束正则化处理,得到了孔径分布曲线和表面积分布曲线。
这时,DFT开始被认为是从物理吸附等温线中提取可靠信息的重要手段。在1993年,Micromeritics开始提供“DFT Version 1.00”数据还原包与ASAP 2000系列物理吸附分析仪,仪器能够从微孔通过中孔区域收集高分辨率数据。在本文的末尾包含了DFT版本1.00的指导手册的Forward部分。
在这些开创性工作完成后的15年多的时间里,Micromeritics一直在DFT模型和应用的进一步发展中保持活跃。2008年,由于聘用了另一位早期DFT开发贡献者Jacek Jagiello,公司在该领域的实力得到了增强。研究的重点一直是并将继续是开发实用、有效和有用的应用,利用DFT从吸附等温线中提取信息。
参考文献
1)流体界面和受限流体的相平衡——非局部和局部密度泛函塔拉索娜,马可尼和埃文斯;《分子物理学》,第60卷,第3期,1987年2月,573 - 595页
2)氮吸附法测定多孔碳孔径分布的新方法西顿、沃尔顿和夸克;碳,Vol. 27, No. 6, pp. 853-861, 1989
3)利用约束态理论从物理吸附数据表征多孔固体奥利维尔·康克林;发表于第7届表面和胶体科学国际会议,Compiegne,法国,1991年
4)微孔炭的孔径分布分析:密度泛函理论方法拉斯托斯基、古宾斯和夸克;期刊。化学。1993,97,4786-4796
5)孔径不均一性与碳缝孔:密度泛函理论模型拉斯托斯基、古宾斯和夸克;朗缪尔1993,9,第2693-2702页
6)用密度泛函理论模型确定多孔固体吸附与冷凝过程的孔径分布奥利维尔·康克林;在“表面非均匀性对固体吸附和催化的影响”国际研讨会上的报告;Kazimier Dolny,波兰,1992年7月。
7)从密度泛函理论测定孔径分布:氮和氩结果的比较。多孔固体的表征;奥利维尔,康克林和Szombathely;IUPAC专题讨论会论文集(cop III);爱思唯尔出版社:法国马赛,1993年。
