纳米稀土氧化物的制备和应用ppt课件

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 1 3 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200344 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 26 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 QingshanZhuand