SiCOPE40微孔分析仪：赋能COFs材料多级孔精准表征应用

       共价有机框架（COFs）材料作为一类由有机分子通过共价键连接形成的晶态多孔材料，凭借孔道稳定可调、超高的比表面积及优异的化学稳定性，在气体吸附分离、催化、储能等领域展现出不可替代的应用价值。COFs材料的性能评估（如气体吸附容量、催化活性位点利用率）与材料的比表面积和孔径分布等参数直接相关。

国仪量子SiCOPE 40作为专为微孔材料表征设计的比表面积及孔径分析仪，实现对0.35-2 nm 孔径范围的精准表征分析，为 COFs 材料的表征提供了可靠的解决方案。本文将结合实际测试案例详细阐述SiCOPE 40在COFs 材料表征中的应用，同时提供针对性的测试方案，助力科研与工业用户解决COFs 表征中的核心技术痛点。

一、COFs 材料比表面积及孔径分析表征的核心需求与技术难点

COFs 材料的多孔结构具有 “晶态有序、孔径可调、高比表面积"典型特征，其表征需求主要集中在比表面积精准测试、微孔分析及全孔径分布分析等维度，但传统测试设备在面对这些需求时，常面临“微量样品测试不准"“多级孔分辨能力弱"“低压力段数据波动大" 等技术难点。

在比表面积表征方面，COFs材料的高比表面积主要来源于微孔分布，需要精准分析微孔段等温线。传统设备由于低压力段控气精度不足且BET选点依赖人工操作导致测试精度难以控制，无法满足COFs材料高准确性比表面积表征的需求。在孔径分析方面，COFs材料中微孔的孔径多集中在 0.5-2 nm 区间，传统设备常出现低压段数据失真波动大，氦气前置标定可能造成氦气在微孔内的残留而干扰微孔测试结果，无法准确获取微孔分布数据，难以完整反映COFs 材料的多级孔结构特征。

针对上述难点，SiCOPE 40微孔分析仪依托精密管路设计、高品质核心部件、多模型数据分析及灵活预处理方案，构建了一套适配 COFs 材料的完整比表面积及孔径分析表征体系，以下结合实际测试案例进行具体说明。

二、SiCOPE 40微孔分析仪在 COFs 材料表征中的应用案例

COF-616 作为COFs材料中极具应用潜力的分支，具备共价键构建的稳定骨架、“微孔-介孔"多级孔协同结构和超高比表面积等核心优势，实现孔结构与应用场景的精准匹配——高比表面积提供活性位点，稳定孔道保障物质传输效率，微孔-介孔分布平衡吸附容量与扩散速率。

2.1 COFs 材料等温线分析

等温线是判断材料孔径分布的核心依据，其曲线形态直接关联孔结构特性。此COF-616的N₂吸附-脱附等温线呈现 IV 型等温线特征，在低压段（P/P₀＜0.1）出现明显的吸附量突增，表明材料含有丰富微孔结构，气体在微孔内发生微孔填充与单层-多层吸附，吸附量快速上升；中高压段（P/P₀＞0.4）吸附量缓慢增加，对应介孔内的毛细凝聚过程，脱附曲线与吸附曲线形成H4型回滞环，呈现典型的微孔-介孔复合材料特征。

图1 COF-616的N2-吸附脱附等温线

2.2 COFs 材料比表面积及孔径分布分析

测试报告显示，COF-616的 BET比表面积高达1175.43 m²/g，高比表面积主要来源于微孔结构，这也是其具备优异吸附潜力的核心原因。BET 比表面积是评估 COFs 材料吸附能力的关键指标，其准确性依赖于低压力段数据的可靠性与线性区间的合理选择。本次测试中，SiCOPE 40的BET一键智能选点功能解决了传统设备中 “微孔材料 BET 段前移" 的选点难题，无需人工干预即可自动选取合适的线性区间，避免人工选点偏差。

图2 COF-616的比表面积测试结果

COF-616的微孔孔径分布直接影响吸附选择性能，Horvath-Kawazoe（HK）法是分析微孔孔径分布的经典方法。测试报告显示，COF-616的 HK微孔孔径分布集中在 0.75-1.0 nm 区间，可结合测试数据对应分子筛分效应以 提升材料的吸附选择性。

图3 COF-616的HK孔径分布图

2.3 COFs 材料NLDFT 全孔径分析

COF-616 材料常设计为 “微孔富集活性位点+介孔加速传质" 的多级孔结构。非定域密度泛函理论（NLDFT）可覆盖 0.35-500 nm 全孔径范围，实现微孔与介孔数据的衔接分析。

NLDFT分析报告显示此COF-616材料的总孔容达 0.849 cm³/g，并且精准分析出 “微孔容（≤2nm）0.096 cm³/g（占比 11.33%）+介孔容（2-50nm）0.753 cm³/g（占比 88.67%）"，这一比例进一步确认COF-616材料 “微孔存贮/吸附+介孔传质" 的多级孔协同结构特点。不同孔结构的存在可提升催化与吸附过程中的传质效率，为其在气体储存与分离、催化等领域的应用提供结构优势。

图4 COF-616的NLDFT孔径分布图

三、SiCOPE 40微孔分析仪表征COFs 材料的核心技术优势

针对 COFs 材料的表征需求，SiCOPE 40通过多维度技术创新，构建了 “精准、高效、稳定" 的测试体系，其核心优势可归纳为以下三点：

超高测试精度：SiCOPE 40最可几孔径重复偏差≤0.02 nm，比表面积重复精度≤1%，确保低压段数据的准确性。同时，采用He-Free 自由空间后置标定方案，先完成吸附/脱附测试，再进行自由空间标定，从源头消除氦气在微孔内的残留干扰，避免超微孔测试结果偏差。

全面分析能力：SiCOPE 40内置 BET、Langmuir、t-Plot、HK、BJH、NLDFT 等多种数据分析模型，可覆盖 COFs 材料的多级孔结构分析需求。针对 COFs 材料的高比表面积特征，设备的 BET 一键智能选点功能可自动识别适合的线性区间，解决传统设备中人工选点导致的结果偏差问题；同时，NLDFT模型支持自动生成 “微孔-介孔-大孔" 的孔容占比分析，无需手动计算，大幅提升数据分析效率。

灵活样品预处理：SiCOPE 40提供原位与异位双脱气方案，适配不同类型 COFs 的预处理需求。对于空气敏感型材料，SiCOPE 40支持原位脱气，避免样品转移过程中与空气接触。常规材料可采用独立六站样品预处理机进行异位脱气，可同时处理多种热稳定性差异较大的 COFs 样品，大幅提升测试效率。此外可配备空气隔离塞与真空隔离塞，针对空气敏感型样品与微孔样品，可分别在回填气保护与真空状态下转移样品，进一步保障测试数据的准确性。