纳米二氧化铈的制备及应用研究进展

 纳米二氧化铈的制备及应用研究进展

纳米材料以其既不同于体相又不同于分子、原子的特殊性质，成为物理、化学及材料科学领域中研究广泛的领域之一。纳米材料独特的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应使其表现出不同于常规材料的特殊性能。稀土元素由于具有独特的4f 电子构型，其氧化物具有特殊的光 、电、磁特性 ，被誉为新材料的宝库。二氧化铈是一种价廉且用途广泛的稀 土氧化物引，可广泛应用于汽车尾气净化 、紫外吸收 、化学机械抛光 、燃料电池 、光催化等多个研究领域。 纳米化后的二 氧化铈将 出现 新 的性质 和应 用 ，近年来 ，纳米二氧化铈 的制备及应用成 为了国内外研究者研究 的热点。
一、纳米CeO2的制备方法.目前，制备纳米CeO2的方法主要有沉淀法、溶胶．凝胶法、燃烧法、水热法等。

二、纳米CeO2的应用
1 、汽车尾气净化
    由于纳米二氧化铈VK-Ce01具有特殊的性能，已广泛应用于汽车尾气净化催化剂中。CeO2作为汽车尾气净化催化剂中的助催化剂，作用有两个，一是可以储存或释放氧气(CeO2在氧气不足时释放氧气，在氧气过量时又能储存氧气) ；二是可 以控 制催化剂 中贵金属颗粒 的大小(贵金属微粒 随着纳米 CeO2 的增大而增大，而实验表明，催化剂中贵金属颗粒控制在纳米水平时才具有很高的催化活性) 。因此 ，在汽车尾气净化催化剂中添加纳米CeO2相对于添加普通CeO2存在着以下优点：纳米CeO2比表面大、涂层量高，增加了储氧能力；CeO2处于纳米级可控制催化剂中贵金属微粒处于纳米级，保证了在高温气氛中催化剂的高比表面，从而大大提高了催化活性。鞠文鹏等在催化氧化实验中发现，在温度700 —800 K ，纳米级CeO2的贮氧能力大大高于非纳米级CeO2。而贮氧能力的提高有助于加速反应，从而大大提高其催化活性和催化效率。
2 、紫外吸收
   纳米CeO2粒子在300 ～450 nm 的范 围有宽泛的吸收带 ，并随着粒径的减小 ，吸收带发生红移 ，因此 ，纳米 CeO2 具有较强的紫外光吸收能力，与有机抗紫外线吸收剂相比效率高，可用来制备紫外吸收材料。

3、化学机械抛光

随着光学技术和集成电路 (Ic ) 技术 的高速发展 ，对光学元器件的精 和精 抛光 、集成 电路 的化学机械抛光 (C M P ) 技术的要求也愈来愈高。
二氧化铈抛光粉 因具有切削能力强 、抛光速率快 、光洁度高 、平整质量好 、劳动条件好 、污染小 、使用寿命 长等优点，而 在光学精 抛光 和 CM P等领域 占有重要和不可替代的地位。 以二氧化铈作为研磨颗粒的第er代抛光液通过对材料物理和化学共同作用，克服 了传统硅在尺寸较大的集成 电路浅沟槽隔离处形成蝶形缺 陷的缺点 ，成为目前发展的产品类型之一。

4、燃料电池

固体氧化物燃料电池具有效率高、环境友好、对燃料气体适应性强等特点。在固体氧化物燃料电池中，电极起着非常重要的作用。研究表明，立方相萤石结构二氧化铈可以作为固体氧化物燃料电池(SOFC ) 的氧离子导体 的主要基 体材料 。原因有三点：一是CeO2作为一种混合型导体，可以将阳极氧化反应面扩大到 TPB 面以外 ；二是CeO2的离子电导大于YSZ ，可以协助 O 2-从电解质向阳极传递；三是CeO2易于储存氧和传输氧，纳米级 CeO2 比表面积大，反应活性高，进一步增加了储氧和传递氧的能力。

谢德明等采用柠檬酸硝酸盐燃烧合成了纳米级 CeO2 基阳极支撑平板式固体氧化物燃料电池(SO FC ) 的 电解 质 与 电极材 料 ，研 究 了 SOFC 三 极板[N iO Ce0.8G d0.2 O 1．9 (CGO) ] ， 阳极 ；CGO 电解 质 ；L a0.6 S r0.4 Co0.2Fe0.8O3-&(LSC F ) CG O 阴极 ] 的制备工艺 ，对制膜过程 、烧结 工艺 等做 了探讨 ，指出了较佳的制备条件。 结果表明 ，物理混合得到 的阳极优于共燃烧得到的阳极 ；球磨分散得到的阳极致密 ，乳化分散得到的阳极 中 NiO 与 CGO 的分散较为均匀 。

光催化

二氧化铈作为N 型半导体材料的一种 ，已有人将其用于光催化降解 染料废水 的研究 ，例如邱克辉等 采用纳米二氧化铈在紫外光照射下降解 甲基橙 ，实验结果表明平均粒径为 10 nm 的二氧化铈粒子对甲基橙具有 一定 的光催化 活性。 张伟 以硝酸亚铈和柠檬酸为原料合成纳米氧化铈，利用所得产物在紫外灯 照射下 降解 甲基蓝 ，结果表 明，纳米CeO2 甲基蓝有较好的降解作用。沈星星采用氨水辅助沉淀法制备纳米二氧化铈催化剂，以酸性二号橙为目标降解物研究其光催化性能，结果显示，酸性二号橙的降解速率与其在氧化铈表面的吸附量有关系。
    纳米二氧化铈VK-Ce01作为一种性能优异的纳米材料，有着十分广阔的应用开发前景。沉淀法具有设备简单、工艺过程好控制等优点，是制备高纯度纳米氧化物常见的方法。近年来，燃烧法的研究也得到了许多的关注。纳米二氧化铈VK-Ce01特殊的性质和应用，将在汽车尾气净化、紫外吸收、化学机械抛光、燃料电池、光催化以及其他方面得到越来越多的关注。