納米二氧化鈰的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展
納米材料以其既不同于體相又不同于分子、原子的特殊性質(zhì)，成為物理、化學(xué)及材料科學(xué)領(lǐng)域中研究最為廣泛的領(lǐng)域之一。納米材料獨(dú)特的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)使其表現(xiàn)出不同于常規(guī)材料的特殊性能。稀土元素由于具有獨(dú)特的4f 電子構(gòu)型，其氧化物具有特殊的光 、電、磁特性 ，被譽(yù)為新材料的寶庫。二氧化鈰是一種價(jià)廉且用途廣泛的稀 土氧化物引，可廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化 、紫外吸收 、化學(xué)機(jī)械拋光 、燃料電池 、光催化等多個(gè)研究領(lǐng)域。 納米化后的二 氧化鈰將 出現(xiàn) 新 的性質(zhì) 和應(yīng) 用 ，近年來 ，納米二氧化鈰 的制備及應(yīng)用成 為了國內(nèi)外研究者研究 的熱點(diǎn)。
一、納米CeO2的制備方法.目前，制備納米CeO2的方法主要有沉淀法、溶膠．凝膠法、燃燒法、水熱法等。
二、納米CeO2的應(yīng)用
1 、汽車尾氣凈化
由于納米二氧化鈰VK-Ce01具有特殊的性能，已廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化催化劑中。CeO2作為汽車尾氣凈化催化劑中的助催化劑，作用有兩個(gè)，一是可以儲存或釋放氧氣(CeO2在氧氣不足時(shí)釋放氧氣，在氧氣過量時(shí)又能儲存氧氣) ；二是可 以控 制催化劑 中貴金屬顆粒 的大小(貴金屬微粒 隨著納米 CeO2 的增大而增大，而實(shí)驗(yàn)表明，催化劑中貴金屬顆粒控制在納米水平時(shí)才具有很高的催化活性) 。因此 ，在汽車尾氣凈化催化劑中添加納米CeO2相對于添加普通CeO2存在著以下優(yōu)點(diǎn)：納米CeO2比表面大、涂層量高，增加了儲氧能力；CeO2處于納米級可控制催化劑中貴金屬微粒處于納米級，保證了在高溫氣氛中催化劑的高比表面，從而大大提高了催化活性。鞠文鵬等在催化氧化實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在溫度700 —800 K ，納米級CeO2的貯氧能力大大高于非納米級CeO2。而貯氧能力的提高有助于加速反應(yīng)，從而大大提高其催化活性和催化效率。
2 、紫外吸收
納米CeO2粒子在300 ～450 nm 的范 圍有寬泛的吸收帶 ，并隨著粒徑的減小 ，吸收帶發(fā)生紅移 ，因此 ，納米 CeO2 具有較強(qiáng)的紫外光吸收能力，與有機(jī)抗紫外線吸收劑相比效率高，可用來制備紫外吸收材料。
3、化學(xué)機(jī)械拋光
隨著光學(xué)技術(shù)和集成電路 (Ic ) 技術(shù) 的高速發(fā)展 ，對光學(xué)元器件的精密和超精密拋光 、集成 電路 的化學(xué)機(jī)械拋光 (C M P ) 技術(shù)的要求也愈來愈高。
二氧化鈰拋光粉 因具有切削能力強(qiáng) 、拋光速率快 、光潔度高 、平整質(zhì)量好 、勞動條件好 、污染小 、使用壽命 長等優(yōu)點(diǎn)，而 在光學(xué)精密拋光 和 CM P等領(lǐng)域 占有極其重要和不可替代的地位。 以二氧化鈰作為研磨顆粒的第二代拋光液通過對材料物理和化學(xué)共同作用，克服 了傳統(tǒng)硅在尺寸較大的集成 電路淺溝槽隔離處形成蝶形缺 陷的缺點(diǎn) ，成為目前重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品類型之一。
4、燃料電池
固體氧化物燃料電池具有效率高、環(huán)境友好、對燃料氣體適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。在固體氧化物燃料電池中，電極起著非常重要的作用。研究表明，立方相螢石結(jié)構(gòu)二氧化鈰可以作為固體氧化物燃料電池(SOFC ) 的氧離子導(dǎo)體 的主要基 體材料 。原因有三點(diǎn)：一是CeO2作為一種混合型導(dǎo)體，可以將陽極氧化反應(yīng)面擴(kuò)大到 TPB 面以外 ；二是CeO2的離子電導(dǎo)大于YSZ ，可以協(xié)助 O 2-從電解質(zhì)向陽極傳遞；三是CeO2易于儲存氧和傳輸氧，納米級 CeO2 比表面積大，反應(yīng)活性高，進(jìn)一步增加了儲氧和傳遞氧的能力。
謝德明等采用檸檬酸硝酸鹽燃燒合成了納米級 CeO2 基陽極支撐平板式固體氧化物燃料電池(SO FC ) 的 電解 質(zhì) 與 電極材 料 ，研 究 了 SOFC 三 極板[N iO Ce0.8G d0.2 O 1．9 (CGO) ] ， 陽極 ；CGO 電解 質(zhì) ；L a0.6 S r0.4 Co0.2Fe0.8O3-&(LSC F ) CG O 陰極 ] 的制備工藝 ，對制膜過程 、燒結(jié) 工藝 等做 了探討 ，指出了較佳的制備條件。 結(jié)果表明 ，物理混合得到 的陽極優(yōu)于共燃燒得到的陽極 ；球磨分散得到的陽極致密 ，乳化分散得到的陽極 中 NiO 與 CGO 的分散較為均勻 。
5、光催化
二氧化鈰作為N 型半導(dǎo)體材料的一種 ，已有人將其用于光催化降解 染料廢水 的研究 ，例如邱克輝等 采用納米二氧化鈰在紫外光照射下降解 甲基橙 ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明平均粒徑為 10 nm 的二氧化鈰粒子對甲基橙具有 一定 的光催化 活性。 張偉 以硝酸亞鈰和檸檬酸為原料合成納米氧化鈰，利用所得產(chǎn)物在紫外燈 照射下 降解 甲基藍(lán) ，結(jié)果表 明，納米CeO2 甲基藍(lán)有較好的降解作用。沈星星采用氨水輔助沉淀法制備納米二氧化鈰催化劑，以酸性二號橙為目標(biāo)降解物研究其光催化性能，結(jié)果顯示，酸性二號橙的降解速率與其在氧化鈰表面的吸附量有關(guān)系。
納米二氧化鈰VK-Ce01作為一種性能優(yōu)異的納米材料，有著十分廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。沉淀法具有設(shè)備簡單、工藝過程好控制等優(yōu)點(diǎn)，是制備高純度納米氧化物最常見的方法。近年來，燃燒法的研究也得到了許多的關(guān)注。納米二氧化鈰VK-Ce01特殊的性質(zhì)和應(yīng)用，將在汽車尾氣凈化、紫外吸收、化學(xué)機(jī)械拋光、燃料電池、光催化以及其他方面得到越來越多的關(guān)注。