纳米稀土氧化物的制备和应用.ppt
Seminar,学生：刘斌指导教师：程谟杰 研究员,稀土纳米氧化物的制备及应用,什么是稀土？,中东有石油，中国有稀土,我国是稀土大国稀土是我国的战略性资源稀土产业的发展是伴随着高科技的发展而发展的,1.小尺寸效应2.表面效应3.量子尺寸效应4.量子隧道效应,1.特殊的4f 电子层结构2.电子能级丰富3.未成对电子多4.容易失去电子形成多种价态化合物,稀土氧化物纳米化,稀土纳米氧化物的制备技术,1.固相法2.沉淀法3.水热法4.凝胶法5.微乳液法,固相法,高温分解,氧化物纳米粒子,优点：反应效率高，设备简单，操作容易缺点：所制的 粉体形态不规则，均匀性差,沉淀法,稀土盐溶液,1.草酸沉淀2.碳酸沉淀3.氢氧化物沉淀4.均相沉淀5.络合沉淀,干燥、焙烧,稀土纳米粒子,特点：溶液成核快，易控制，设备简单，可 制得高纯度样品。但难过滤，易团聚,水热法,在高温高压下，加快和强化粒子的水解反应，并最终形成纳米晶核,特点：该方法可制得分散均匀、粒度分布狭窄的纳米粉。但要求高温高压设备，设备昂贵，操作不太安全,凝胶法,有机络合物,水解,聚合,溶胶,蒸发,凝胶,热处理,纳米粒子,优点：所制得的粉体比表面积大、分散性好。反 应条件温和。缺点：反应时间较长。,微乳液法,稀土盐溶液,表面活性剂,沉淀剂、水,微乳液滴,离子交换,纳米粒子,特点：纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好且大多为球形。通过控制微乳液的液滴中水体积及各种反应物浓度来控制成核、生长,以获得各种粒径的单分散纳米粒子。,稀土纳米氧化物的应用领域,稀土发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导材料稀土紫外线吸收剂稀土精密抛光,发光原理,稀土发光材料,1、基质晶格吸收激发能2、基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子3、被激活的离子发出荧光而返回基态,稀土发光材料,光致发光（以紫外光或可见光激发）稀土节能荧光灯，发光涂料阴极射线发光（以电子束激发）电视机、示波器、雷达和计算机等各类荧光屏和显示器 X射线发光（以X射线激发）医用X射线照相用高灵敏度增感屏电致发光（以电场激发）等离子显示屏,三基色荧光粉,三基色荧光粉常用的稀土激活荧光体有：红粉：铕（Eu3+）激活的氧化钇、有时用Bi3+共掺杂 蓝粉：铕（Eu2+）激活的硅酸盐基质 铕（Eu2+）激活的铝酸盐基质 铕（Eu2+）激活的氯磷酸盐基质 铕（Eu2+）激活的钡镁铝酸盐 绿粉：铽（Tb3+）、铋（Bi3+）和铈（Ce3+）激活的镁铝酸盐 铽（Tb3+）和钆（Gd3+）激活的镁钡铝酸盐 使用纳米化的稀土材料将大大提高发光效率、降低稀土用量,长余辉发光材料,稀土催化材料主要应用领域,汽车尾气净化工业废气、人居环境净化催化燃烧燃料电池,稀土催化材料在汽车尾气净化领域的应用,1.添加 La2O3、Y2O3、CeO2能够改善催化剂中高比表面涂层的热稳定性和机械强度2.添加 CeO2能够稀土氧化物提高催化剂的储氧能力和抗硫中毒性能3.钙钛型稀土催化剂可提高催化剂的活性，部分或完全取代贵金属4.稀土纳米粒子的使用可大大提高了尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的转化率，降低转化温度，从而减少催化剂的用量,稀土催化材料在工业废气、人居环境净化领域的应用,烟气脱硫脱氮 铈铝酸镁尖晶石、钙钛矿型稀土复合氧化物、萤石型稀土复（混）合氧化物,焦化废水 Ce2Cu 为活性组分(13),2Al2O3/TiO2 为复合载体制备的催化剂 高效双组分催化剂（贵金属与稀土元素）,光催化空气净化 稀土掺杂的TiO2 稀土复合氧化物（钙钛矿、铌酸盐类复合 氧化物、钽酸盐类复合氧化物）,通过纳米水平的设计,开发出先进的稀土催化材料,可以在降低90%贵金属用量的情况下仍能保证催化净化效率提高1 倍。,催化燃烧对催化剂的基本要求是具有良好的低温活性和高温热稳定性。稀土催化燃烧催化剂的优点 价格便宜、原料易得、耐高温性能好目前主要研究的稀土催化燃烧催化剂：稀土钙钛矿型氧化物、尖晶石型氧化物、萤石型复氧化物、六铝酸盐、含稀土的烧绿石氧化物等,稀土催化材料在催化燃烧领域的应用,阴极催化材料：锰酸锶(钙）镧LSM,LCM 钴酸锶镧LSC 铁酸锶镧LSF 钴酸钐锶SSC电解质隔膜材料:钇稳定氧化锆YSZ 钪稳定氧化锆 SSZ 钆（钐）掺杂的氧化铈GDC,SDC 镧锶镓镁LSGM复合阳极的电解质材料钇稳定氧化锆YSZ 掺杂的氧化铈GDC,SDC 钪稳定氧化锆SSZ 双极连接体材料 铬酸镧 LSCr等,稀土催化材料在固体氧化物燃料电池的应用,阴极催化材料：锰酸锶(钙）镧LSM,LCM 钴酸锶镧LSC 铁酸锶镧LSF 钴酸钐锶SSC电解质隔膜材料:钇稳定氧化锆YSZ 钪稳定氧化锆 SSZ 钆（钐）掺杂的氧化铈GDC,SDC 镧锶镓镁LSGM复合阳极的电解质材料钇稳定氧化锆YSZ 掺杂的氧化铈GDC,SDC 钪稳定氧化锆SSZ 双极连接体材料 铬酸镧 LSCr等,稀土催化材料在固体氧化物燃料电池的应用,稀土高性能陶瓷,纳米陶瓷特点：超型性，高的断裂韧性，能降低烧结温度和提高烧结速度。纳米Y2O3-ZrO2陶瓷具有很高的强度和韧性。广泛用于刀具、耐磨器件、陶瓷发动机、固体氧化物燃料电池电解质纳米Nd2O3、Sm2O3用于多层电容、微波器件等,稀土纳米氧化物的应用领域,稀土发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导材料稀土紫外线吸收剂稀土精密抛光,展望,我国是稀土资源大国，稀土纳米材料的开发利用，开辟了稀土资源有效利用的新途径，扩展了稀土的应用范围，促进了新功能材料的发展，对把资源优势变为经济优势有重要的现实意义。,参考文献,1.杨应国 胡小华 袁曦明 稀土纳米发光材料的研究与展望，矿业快报 2004，12（12）2.翁端 冉瑞 吴晓东 稀土催化材料的应用进展 稀土信息 2004，23.翁端 程华捧 吴晓东 稀土催化材料在汽车尾气净化中的作用及研究方向 中国基础科学 2003 44.霍煜丽 葛树琴 纳米级稀土材料在汽车尾气净化中的作用 化工新型材料 30（18）20025.芮玉兰韩利华梁英华 稀土系列催化剂对焦化废水的催化湿式氧化 环境污染治理技术与设备 3（2）2002，2 6.卢冠忠 郭耘 郭杨龙 稀土在化石燃料催化燃烧中的作用及其研究 中国基础科学2003，47.姜亚昌 王巧梅 李华 稀土纳米氧化物的应用与生产技术 新材料产业 2002，98.Qingshan Zhu and Baoan Fan Low temperature sintering of 8YSZ electrolyte film for intermediate temperature solid oxide fuel cells Solid State Ionics,176(9-10)889-894,谢谢大家！,
