【正文】 納米二氧化鈰的應(yīng)用 二氧化鈰 作為 一種廉價 的 、用途極廣的稀有氧化物 ,己 經(jīng) 被用于汽車尾氣凈化催化劑、玻璃的化學(xué)脫色劑、發(fā)光材料、 耐輻射玻璃、 拋光劑、紫外吸收劑、電子陶瓷等。二氧化鈰物理化學(xué)性質(zhì)可能 會 直接影響材料性能 ,例 如超細二氧化鈰 ， 加入不但可以降低陶瓷燒結(jié)溫度 ,還可以增加陶瓷密度 。較 大 的 比表面積可以提高催化劑的催化活性 。而 且由于 鈰 具有變價性 ,對 于 發(fā)光材料也具有重要 的 意義。 目前 在 國內(nèi)外正在開發(fā)和研究應(yīng)用的領(lǐng)域 : 催化劑上的應(yīng)用 隨著汽車 的 產(chǎn)量猛增 ,汽車尾氣 嚴(yán)重污染大氣 。 環(huán)境治理和控制汽車尾氣排放已經(jīng) 成為全球環(huán)境保護 亟待 解決的重大課題 。 用于 汽車尾氣凈化 的 催化劑有多種 ,最 早期 是 使用普通金屬 Cr、 Cu、 Ni, 易中毒 、 起燃溫度高 、 催化活性差 ； 后來用貴金屬 Pt、 Pd 等作催化劑 ， 雖然 具有壽命長、活性高、凈化效 率高 等優(yōu)點 ,但 是 由于貴金屬昂貴 的 價格 ,很難 得到 推廣 。 而鈰 作為一種銅系元素 ,可 以 失去兩個 6s 電子和一個5d 電子 從而 形成三價離子 ,也可 以 受 到 4f 電子排布的影響形成 比 較穩(wěn)定的 4f 空軌道 ,給出四價離子， 而 這種變價特性 ,使其具有 了 很好的氧化還原性能。 二氧化鈰不僅具有 了 獨特的儲氧 和 放氧功能 ,而 且又 作為 稀土氧化物系列中活性最高氧化物 的 催化劑 ,由 此在許多場合下二氧化鈰可作為助劑 以此 來提高催化劑的催化性能 。 通過 研究表明 ,納米二氧化鈰顆粒 的 尺寸小 ,表面鍵態(tài) 及 電子態(tài)與顆粒 其 內(nèi)部有所 不同 ,表面配位原子不全 ,導(dǎo)致 其 表面活性位置 的 增加 ,而且隨著粒徑減小 ,表面光滑度變差 ,形成凹凸不平的原子臺階 ,增加了接觸面 ,也 具有 了 很強的催化性能 [4] 。在凈化汽車尾氣中 ,納米二氧化鈰作為 一種 助催化劑 ,其作用有兩個 [5],一個 是儲氧(氧氣不足時 ,CeO2轉(zhuǎn) 化 為 Ce2O3。氧氣過剩時 Ce2O3轉(zhuǎn) 化 成 CeO2)。 另一個 是催化劑濟南大學(xué)畢業(yè)論文 6 中的金屬顆粒受 CeO2控制 (金屬微粒隨 CeO2微粒的增 加 而增 加 ,而 且 研究表明 ,催化劑中貴金屬微?？刂圃诩{米級時才具有 更 高 的 催化活性 )。 所以 在汽車尾氣凈化劑中加入 納米二氧化鈰相對于 加入 非納米級二氧化鈰 具有 以下優(yōu)點 :納米級粒子涂層量高 ,比表面積大 ， 增加了儲氧能力 。而 二氧化鈰處于納米級 也 可 以 控制催化劑中貴金屬微粒處 在 納米級 ,保證在高溫氣氛中催化劑 的 高比表面 ,從而大大提高催化活性 。作為添加劑 ,也 可以降低 Pt、 Rh 用量 [6]。 化學(xué)拋光粉上的應(yīng)用 隨著先進電子技術(shù)朝著高精度 (控制精度 接近 納米級 ,加工精度趨 向 亞納米級 )、高集成度 、 高可靠性和高性能方向迅猛發(fā)展 ,因此 向機械制造 的 極限提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn) ,對 于 加工精度 及 表面質(zhì)量要求越來越高 。 而 玻璃作為最普通 的 基本無機材料 ,廣泛應(yīng)用 到 光學(xué)窗口等光學(xué)元件 、 數(shù)碼相機芯片、超精密光學(xué)鏡頭、 DVD 及 VCD 等光盤母盤基片、筆記本電腦 的 硬盤玻璃基片 ,以及光通訊 的 元件 、 平面顯示器等先進 的 電子產(chǎn)品制造中。平整 、 無微觀缺陷 、 超光滑玻璃表面已 經(jīng) 成為關(guān)系 到 這些高技術(shù)產(chǎn)品性能 及其 重要 的 因素 。 是集成電路生產(chǎn)中硅片加工及整個沉積和蝕刻工藝的重要部分 ,它借助化學(xué)機械拋光漿料中超微研磨 粒子的機械研磨作用及漿料的化學(xué)腐蝕作用 ,再用專用拋光盤在己 經(jīng) 制作 的 電路圖形硅片上形成高度平整的表面 ,是目前能提供超大規(guī)模集成電路 的 制造中全局平坦化的新技術(shù) 。 二氧化 鈰納米粒子 是目前玻璃拋光 中 最常用的磨料 ,被 廣泛應(yīng)用于玻璃的精密加工 中 ,并得到 了 廣泛研究 [7]。 在電化學(xué)中的應(yīng)用 燃料電池 及 電化學(xué)中 電極 有著 及其 重要的作用， 例如 YSZ(即 Y 穩(wěn)定的 ZrO2)為電解質(zhì) ,陰陽兩極分別 是 La(Sr)MnO3和 NiYSZ 的 SOFC， 其 一度占據(jù) 著 統(tǒng)治地位 。但是 CH4在 Ni 上快速 積淀 ,阻礙了 SOFC 中 的 甲烷直接氧化反 應(yīng) 的 路徑開發(fā) ,而以 Ni為陽極 的 催化劑存在著抗硫 性 能差 ,長時間 的 操作會引起 Ni 的 燒結(jié)。此外 YSZ 在溫度 1000℃ 左右才能表現(xiàn)出 極 高的氧離子電導(dǎo)率來抑制電子導(dǎo)電 ,溫度如此 高 會導(dǎo)致YSZ 的機械強度 很 不穩(wěn)定 ， 材料的老化 及 各構(gòu)成材料之間的相互擴散等問題。 如果利用二氧化 [8]。 二氧化鈰基復(fù)合材料有以下優(yōu)點 [9]: (1)二氧化鈰的離子電導(dǎo)大于 YSZ,可協(xié)助氧原子從電解質(zhì) 朝著 陽極傳遞 。 (2)二氧化鈰是一種混合型導(dǎo)體 ,可將陽極氧化反應(yīng) 表 面擴大到 TPB 面 (氣相 電極催化劑 電解質(zhì)三者界面 )。 (3)能解決 CH4在 固體氧化物 燃料電池的積炭問題 [10] 。 (4)二氧化鈰易儲氧、傳輸氧 ,而 納米級二氧化 鈰 有大的比表面 ,增加了儲氧能力。此外 ,二氧化鈰還能 夠 作為電極材料 應(yīng) 用于細胞色素 C 的電化學(xué)反應(yīng) [11]。電化學(xué)研究時采用電極為金電極，細胞色素 C 的電化學(xué)測量是在細胞色素 C 溶液中進行。當(dāng)金電極表面用二氧化鈰納米粒子修飾后 ,由于二氧化濟南大學(xué)畢業(yè)論文 7 鈰納米粒子是一種氧敏感 的 材料 ,二氧化鈰納米粒子吸附 在 金電極表面 ,會在電極表面形成 很多 電化學(xué)活性點 ,二氧化鈰納米粒子中界面氧原子將與細胞色素 C 中賴氨酸殘基上的質(zhì)子化氨基相互作用并 能夠 形成細胞色素 C 與 兩 電極之間 的電子傳遞通道 ,可獲得細胞色素 C 快速傳遞反應(yīng)，二氧化鈰粒子越小 ,其 比表面積 就 越大 ,界面 氧原子數(shù)就越多 ,因 此 可在電極表面產(chǎn)生 更多 的電化學(xué)活性點 ,從而 得到更好的反應(yīng)促進效果。 在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用 [12] 稀土元素由于其特殊的原子結(jié)構(gòu) 及 活性 ,作為微量添加劑用于鑄鐵、鋼、鋁、鎢 、鎳等材料中 ,能 夠 細化晶粒 、 消除雜質(zhì)和改善材料組成 。 從而 可以 改進合金的物理 、機械 及 加工性能 ,提高合金耐腐蝕性 和 熱穩(wěn)定性。例如 ,在鋼鐵工業(yè) 生產(chǎn) 中 ,稀土作為一種 添加劑 ,可凈化鋼液 ,改變鋼中夾雜物形態(tài) 及 分布 , 改變結(jié)構(gòu)和性能，細化晶粒 ,以 二氧化鈰納米 粒子 作 為 涂層和添加劑能 夠 改善高溫合金和不銹鋼的熱腐蝕、抗氧化、硫化性能 和 水腐蝕 性能 ,也可 以 用作球墨鑄鐵的孕育劑。將 納米級 二氧化鈰涂敷至 合金上有許多種 方法 ,包括應(yīng)用二氧化鈰泥漿 跟 乙醇懸浮液中和 、 噴涂、濺射 、 在硝酸亞鈰溶液中浸漬、電泳等。 在其他方面的應(yīng)用 280nm～ 320nm 紫外光能使皮膚曬黑、曬傷 ,甚至 會 引起皮膚癌 變 。 將 防曬劑 加入夢到 化妝品中 ,減少 了 紫外線對人體的 傷害 是近年來化妝品 行業(yè) 發(fā)展的趨勢。納米級 二氧化鈰對紫外線的吸收 很 強 ,可 以 作為紫外線吸收劑用 在 防曬纖維、防曬化妝品、膠片 、 涂料、汽車玻璃和塑料等產(chǎn)品 中 。 日本大型化妝品企業(yè)康賽公司將二氧化鈰 及氧化硅的復(fù)合粉體用 到 防曬的化妝品中 ,其對可見光 沒有 特征吸收 ,通透 性好 ,防止紫外線 效果好 。而且非晶氧化硅包涂在二氧化 鈰 上可降低二氧化鈰的催化活性 ,從而防止了 二氧化鈰的催化活性 所 引起的化妝品的變色變質(zhì) 問題 。呂天喜等將表面修飾的二氧化鈰納米 粒子 用作紫外吸收材料 進行了 研究。利用二氧化鈰 的 超細顆粒對紫外線吸收能力和遮蔽效果 ,將其用 到 基材涂料 中 可大大提高 其 耐候性。王春秀等發(fā)現(xiàn) 了 硬脂酸凝膠法 所 制備的二氧化鈰納米晶 體 的紅外吸收峰 變寬 ,吸收峰發(fā)生 了 紅移現(xiàn)象 ,而在 1000～ 1700nm 之間 的 吸收較好 ,有可能用 于 激光隱身涂料吸收劑。橡膠硫化過程中