1、.,Seminar ,學(xué)生：劉斌 指導(dǎo)教師：程謨杰 研究員,稀土納米氧化物的制備及應(yīng)用,.,什么是稀土？,.,中東有石油，中國(guó)有稀土,我國(guó)是稀土大國(guó) 稀土是我國(guó)的戰(zhàn)略性資源 稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是伴隨著高科技的發(fā)展而發(fā)展的,.,1.小尺寸效應(yīng) 2.表面效應(yīng) 3.量子尺寸效應(yīng) 4.量子隧道效應(yīng),1.特殊的4f 電子層結(jié)構(gòu) 2.電子能級(jí)豐富 3.未成對(duì)電子多 4.容易失去電子形成多 種價(jià)態(tài)化合物,稀土氧化物納米化,.,稀土納米氧化物的制備技術(shù),1.固相法 2.沉淀法 3.水熱法 4.凝膠法 5.微乳液法,.,固相法,高溫分解,氧化物納 米粒子,優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易 缺點(diǎn)：所制的 粉體形態(tài)

2、不規(guī)則，均勻性差,.,沉淀法,稀土鹽 溶液,1.草酸沉淀 2.碳酸沉淀 3.氫氧化物沉淀 4.均相沉淀 5.絡(luò)合沉淀,干燥、焙燒,稀土納 米粒子,特點(diǎn)：溶液成核快，易控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，可 制得高純度樣品。但難過(guò)濾，易團(tuán)聚,.,水熱法,在高溫高壓下，加快和強(qiáng)化粒子的水解反應(yīng)，并最終形成納米晶核,特點(diǎn)：該方法可制得分散均勻、粒度分布狹窄的納米粉。 但要求高溫高壓設(shè)備，設(shè)備昂貴，操作不太安全,.,凝膠法,有機(jī)絡(luò)合物,水解,聚合,溶膠,蒸發(fā),凝膠,熱處理,納米 粒子,優(yōu)點(diǎn)：所制得的粉體比表面積大、分散性好。反 應(yīng)條件溫和。 缺點(diǎn)： 反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。,.,微乳液法,稀土鹽 溶液,表面活性劑,沉淀劑、水,微乳

3、液滴,離子交換,納米粒子,特點(diǎn)：納米粉體粒徑分布窄、形態(tài)規(guī)則、分散性能好且大多為 球形。通過(guò)控制微乳液的液滴中水體積及各種反應(yīng)物濃度來(lái)控 制成核、生長(zhǎng), 以獲得各種粒徑的單分散納米粒子。,.,稀土納米氧化物的應(yīng)用領(lǐng)域,稀土發(fā)光材料 稀土催化材料 稀土高性能陶瓷 稀土磁性材料 稀土超導(dǎo)材料 稀土紫外線吸收劑 稀土精密拋光,.,發(fā)光原理,稀土發(fā)光材料,1、基質(zhì)晶格吸收激發(fā)能 2、基質(zhì)晶格將吸收的激發(fā) 能傳遞給激活離子 3、 被激活的離子發(fā)出熒光 而返回基態(tài),.,稀土發(fā)光材料,光致發(fā)光（以紫外光或可見(jiàn)光激發(fā)） 稀土節(jié)能熒光燈，發(fā)光涂料 陰極射線發(fā)光（以電子束激發(fā)） 電視機(jī)、示波器、雷達(dá)和計(jì)算機(jī)等各類

4、熒光屏和顯示器 X射線發(fā)光（以X射線激發(fā)） 醫(yī)用X射線照相用高靈敏度增感屏 電致發(fā)光（以電場(chǎng)激發(fā)） 等離子顯示屏,.,三基色熒光粉,三基色熒光粉常用的稀土激活熒光體有： 紅粉：銪（Eu3+）激活的氧化釔、有時(shí)用Bi3+ 共摻雜 藍(lán)粉：銪（Eu2+）激活的硅酸鹽基質(zhì) 銪（Eu2+）激活的鋁酸鹽基質(zhì) 銪（Eu2+）激活的氯磷酸鹽基質(zhì) 銪（Eu2+）激活的鋇鎂鋁酸鹽 綠粉：鋱（Tb3+）、鉍（Bi3+）和鈰（Ce3+）激活的鎂鋁酸鹽 鋱（Tb3+）和釓（Gd3+）激活的鎂鋇鋁酸鹽 使用納米化的稀土材料將大大提高發(fā)光效率、降低稀土用量,.,長(zhǎng)余輝發(fā)光材料,.,稀土催化材料主要應(yīng)用領(lǐng)域,汽車尾氣凈化 工

5、業(yè)廢氣、人居環(huán)境凈化 催化燃燒 燃料電池,.,稀土催化材料在汽車尾氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用,1.添加 La2O3 、Y2O3 、 CeO2能夠改善催化 劑中高比表面涂層的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度 2.添加 CeO2能夠稀土氧化物提高催化劑的儲(chǔ) 氧能力和抗硫中毒性能 3.鈣鈦型稀土催化劑可提高催化劑的活性，部 分或完全取代貴金屬 4. 稀土納米粒子的使用可大大提高了尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏霓D(zhuǎn)化率， 降低轉(zhuǎn)化溫度，從而減少催化劑的用量,.,稀土催化材料在工業(yè)廢氣、人居環(huán)境凈化領(lǐng)域的應(yīng)用,煙氣脫硫脫氮 鈰鋁酸鎂尖晶石、鈣鈦礦型稀土復(fù)合氧化物、 螢石型稀土復(fù)（混）合氧化物,焦化廢水 Ce2Cu 為活

6、性組分(13) ,2Al2O3/ TiO2 為復(fù)合載體制備的催化劑 高效雙組分催化劑（貴金屬與稀土元素）,光催化空氣凈化 稀土摻雜的TiO2 稀土復(fù)合氧化物（鈣鈦礦、鈮酸鹽類復(fù)合 氧化物、鉭酸鹽類復(fù)合氧化物 ）,通過(guò)納米水平的設(shè)計(jì), 開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的稀土催化材料, 可以在降低90% 貴金屬用量的情況下仍能保證催化 凈化效率提高1 倍。,.,催化燃燒對(duì)催化劑的基本要求是具有良好的低溫活性和高溫?zé)岱€(wěn)定性。 稀土催化燃燒催化劑的優(yōu)點(diǎn) 價(jià)格便宜、原料易得、耐高溫性能好 目前主要研究的稀土催化燃燒催化劑： 稀土鈣鈦礦型氧化物、尖晶石型氧化物、螢石型復(fù)氧化物、六鋁酸鹽、含稀土的燒綠石氧化物等,稀土催化材料在催

7、化燃燒領(lǐng)域的應(yīng)用,.,陰極催化材料：錳酸鍶(鈣）鑭LSM,LCM 鈷酸鍶鑭LSC 鐵酸鍶鑭LSF 鈷酸釤鍶SSC 電解質(zhì)隔膜材料: 釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ 鈧穩(wěn)定氧化鋯 SSZ 釓（釤）摻雜的氧化鈰GDC,SDC 鑭鍶鎵鎂LSGM 復(fù)合陽(yáng)極的電解質(zhì)材料 釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ 摻雜的氧化鈰GDC,SDC 鈧穩(wěn)定氧化鋯SSZ 雙極連接體材料 鉻酸鑭 LSCr等,稀土催化材料在固體氧化物燃料電池的應(yīng)用,.,陰極催化材料：錳酸鍶(鈣）鑭LSM,LCM 鈷酸鍶鑭LSC 鐵酸鍶鑭LSF 鈷酸釤鍶SSC 電解質(zhì)隔膜材料: 釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ 鈧穩(wěn)定氧化鋯 SSZ 釓（釤）摻雜的氧化鈰GDC,SDC 鑭鍶鎵鎂LSG

8、M 復(fù)合陽(yáng)極的電解質(zhì)材料 釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ 摻雜的氧化鈰GDC,SDC 鈧穩(wěn)定氧化鋯SSZ 雙極連接體材料 鉻酸鑭 LSCr等,稀土催化材料在固體氧化物燃料電池的應(yīng)用,.,稀土高性能陶瓷,納米陶瓷特點(diǎn)： 超型性，高的斷裂韌性，能降低燒結(jié)溫度和提高燒結(jié)速度。 納米Y2O3-ZrO2陶瓷具有很高的強(qiáng)度和韌性。廣泛用于刀具、耐磨器件、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)、固體氧化物燃料電池電解質(zhì) 納米Nd2O3、Sm2O3用于多層電容、微波器件等,.,稀土納米氧化物的應(yīng)用領(lǐng)域,稀土發(fā)光材料 稀土催化材料 稀土高性能陶瓷 稀土磁性材料 稀土超導(dǎo)材料 稀土紫外線吸收劑 稀土精密拋光,.,展望,我國(guó)是稀土資源大國(guó)，稀土納米材料的

9、開(kāi)發(fā)利用，開(kāi) 辟了稀土資源有效利用的新途徑，擴(kuò)展了稀土的應(yīng)用范圍， 促進(jìn)了新功能材料的發(fā)展，對(duì)把資源優(yōu)勢(shì)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)有 重要的現(xiàn)實(shí)意義。,.,參考文獻(xiàn),1.楊應(yīng)國(guó) 胡小華 袁曦明 稀土納米發(fā)光材料的研究與展望，礦業(yè)快報(bào) 2004，12 （12） 2.翁端 冉瑞 吳曉東 稀土催化材料的應(yīng)用進(jìn)展 稀土信息 2004，2 3.翁端 程華捧 吳曉東 稀土催化材料在汽車尾氣凈化中的作用及研究方向 中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué) 2003 4 4.霍煜麗 葛樹(shù)琴 納米級(jí)稀土材料在汽車尾氣凈化中的作用 化工新型材料 30（18）2002 5.芮玉蘭 韓利華 梁英華 稀土系列催化劑對(duì)焦化廢水的催化濕式氧化 環(huán)境污染治 理技術(shù)與設(shè)備 3（2）2002，2 6.盧冠忠 郭耘 郭楊龍 稀土在化石燃料催化燃燒中的作用及其研究 中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)2003，4 7.姜亞昌 王巧梅 李華 稀土納米氧化物的應(yīng)用與生產(chǎn)技術(shù) 新材料產(chǎn)業(yè) 2002，9 8. Qingshan Zhu and Baoan Fan