Isothermen aus der Gassorptionsmessung der Katalysatoren enthalten spezifische Informationen über die Porosität der Teilchen. Gassorptionsmessungen können im Institut für Solare Brennstoffe in einem „Autosorb-1-MP“ der Fa. Quantachrome durchgeführt werden.
Bevor eine Gassorptionsmessung durchgeführt wird, wird die Oberfläche der Probe von Verunreinigungen, wie z.B. Wasser oder niedrig siedenden organischen Reststoffen, befreit. Für die notwendige Oberflächenreinigung (das sogenannte „Ausgasen“) wird die Probe unter Vakuum bei 200 °C für 10 bis 20 h ausgeheizt.
Danach wird die Messung durchgeführt. Die Messzelle, in der sich die Probe befindet, wird evakuiert und auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs (T = 77 K) heruntergekühlt. Bei dieser Temperatur wird die Sorptionsisotherme aufgenommen. Hierfür werden schrittweise kleine Mengen Stickstoffgas (Adsorptiv) in die Zelle injiziert, das auf der Oberfläche des Feststoffes (Adsorbent) adsorbiert. Dabei handelt es sich um eine physiosorptive Wechselwirkung zwischen den Stickstoffmolekülen und der Probenoberfläche, die im Gegensatz zur Chemisorption durch geringere Bindungsenergien charakterisiert ist.
Zunächst bildet sich ein Monolayer auf der Oberfläche des Feststoffes aus. Mit weiterer Zugabe von Stickstoff bilden sich Multilayer aus. Parallel zur Multilayer-Bildung kann in den Poren Kapillarkondensation auftreten. Dieser Prozess ist durch die Kelvin-Gleichung beschrieben, die den Stickstoffdruck mit der Größe der Poren korreliert.
Wenn der Sättigungsdruck p0 erreicht wird, sind alle Poren komplett gefüllt.
Im letzten Schritt der Messung wird der Zelle schrittweise Stickstoff wieder entzogen, so dass die Desorption der adsorbierten Stickstoffmoleküle von der Oberfläche stattfindet. Wenn der Adsorptions- und Desorptionsmechanismus unterschiedlich ist, überlagern sich die Adsorptions- und Desorptionszweige der Isotherme nicht. Der Verlauf der Hysterese ist charakteristisch für die in der Probe vorhandene Porenform.
Bereits aus dem Isothermentyp können Informationen über die Substanz geschlossen werden. Die IUPAC klassifiziert sechs verschiedene Formen.


Klassifikation der Isothermentypen nach IUPAC


Typ I repräsentiert das Sorptionsverhalten von mikroporösen Substanzen. Bei geringen Relativdrücken findet man einen steilen Anstieg der Isotherme. In diesem Verlauf wird das Auffüllen der Mikroporen widerspiegelt. Danach verläuft die Isotherme in ein horizontales Plateau, weil die Oberfläche vollständig mit Adsorbat bedeckt ist. Typ II beschreibt ein System, das nach dem Erreichen der monomolekularen Adsorbatschicht am Punkt B bis zur einsetzenden Kondensation bei p/p0 = 1 auch Mehrschichtadsorption zeigt. Substanzen ohne relativ große Poren (Mesoporen) zeigen völlige Reversibilität bei der Desorption (Typ I, II und III). Mesoporen dagegen verursachen eine Hysterese (Typ IV und V). Typ III und V weisen einen Anstieg der Isotherme erst bei höheren Relativdrücken auf. Das wird durch schwache Adsorbat-Adsorbens Wechselwirkungen hervorgerufen. Typ VI zeigt die stufenweise Ausbildung einzelner Adsorbatschichten, die aus einer multimodalen Porenverteilung herrührt.

Der Gültigkeitsbereich des BET-Modells zur Bestimmung der spezifischen Oberfläche liegt im Bereich von p/p0 = 0,05 bis 0,3. Brunnauer, Emmett und Teller entwickelten 1938 eine nach ihnen benannte Gleichung, aus der sich die für eine Monoschicht auf der Feststoffoberfläche notwendige Gasmenge Vm aus Gasadsorptionsmessungen theoretisch berechnen lässt.
Für das BET-Modell werden folgende Annahmen getroffen:

•    Es treten Multilayer auf der Feststoffoberfläche auf. Diese Annahme stellt eine Weiterentwicklung des Modells von Langmuir dar, in dem ausschließlich Monolayer zugelassen sind.
•    Die Feststoffoberfläche bietet homogene Bedingungen, so dass eine gleichmäßige Adsorption stattfinden kann. Gleiche Adsorptionszentren verursachen gleiche Wechselwirkungen.
•    Adsorptionswärmen der weiteren Schichten entsprechen der Kondensationswärme des Adsorptivs.
•    Es treten keine intramolekularen Wechselwirkungen zwischen den adsorbierenden Stickstoffmolekülen auf.