铈基稀土化合物的物性控制及应用探析

2019-03-01李瑛

冶金与材料 2019年4期

李瑛

（包头市新源稀土高新材料有限公司，内蒙古自治区包头 014000）

随着国家科学技术的发展，关于稀土材料的研究也在逐渐增加，稀土化合物具有独特的电子结构。铈基稀土化合物作为新一代催化剂，在领域中都发挥着重要的影响，而材料本身的物化性状会对材料性能产生影响，因此加强对铈基稀土化合物物性控制和应用探析，在降低成本，提高附加值上具有重要的意义。

1 铈基稀土化合物的制备过程

将稀土碳酸盐和碳酸溶解后，就会配置形成一定浓度的溶液，溶液在经过除杂、调整后可用于铈基稀土化合物制备工程，在调配后按照不同方法可制备出相应的化合物。稀土本身的化学性能较为特殊，因此化合物本身也具有独特的光、电、磁等性质。文章主要制备的是一种高比表面积稀土化合物，实验中需要使用到以下几种实验试剂：碳酸铈、碳酸镧铈镨、碳酸锆、草酸、碳酸氢氨、浓硝酸、氨水、聚乙二醇、无水乙醇、柠檬酸、硬脂酸、硅酸钠、硝酸铝。此外，还要使用到电动搅拌器、电热恒温干燥箱、马弗炉、循环水式真空泵、X衍射仪、热分析仪、比表面积测定仪、扫描电子显微镜。常见的制备方法分别为共沉淀法、共沉淀-水热法、溶胶-凝胶法。以共沉淀法为例，将一定浓度的沉淀剂按照一定速度加入到待沉淀溶液中，沉淀后完全搅拌10min，经过滤水洗和100℃烘干。氨水共沉淀法有3种，最常见的是在沉淀过程中加入有机酸，然后就可得到前驱体，500℃焙烧2h就会得到样品。如果要进行老化实验，将样品在900℃焙烧4h。但如果采用共沉淀法制备的铈基稀土化合物中会掺杂铈锆固溶体，想要解决这一问题就要按照摩尔比，将硝酸铈、硝酸锆及其他硝酸稀土溶液按照一定比例混合，并且配置沉淀剂，在加入少量的聚乙二醇，为后续的制备工作奠定基础。在制备出具体样品后，还要对其进行测试，根据样品的比表面积，分析样品性质，并对样品进行实际的应用测试，以观察样品在不同数值下的起燃温度、450℃的三元净化效率。

2 铈基稀土化合物的物性控制

在对铈基稀土化合物物性控制的过程中需要加强物理性能评价工作，但是工艺生产发展的过程中，得到的结果并不相同，造成这汇总情况的主要原因在于不同沉淀工艺存在一定的差异，因此需要从实际情况出发，深入分析稀土化合物的物性控制。

2.1 制备方式对铈基固溶体物性的影响

通过制备铈基稀土化合物的过程中，首先对形成的固溶体样品进行了XRD分析，由此可以看出，这种制备方法相对较优，可以在制备过程中应用，而且这种制备方法在实际应用中不会出现生成其他杂质。其次，在XRD分析的基础上，还针对样品的比表面积进行了分析，根据实际情况来看，采用溶胶凝胶法得到的铈基稀土化合物比表面积相对较小，但热稳定性较强，而这其中效果最优的是硬脂酸溶胶凝胶法。

2.2 掺杂元素对铈基固溶体物性的影响

不仅是制备方式，掺杂元素在实际应用的过程中也会对铈基固溶体的物理性质造成影响，首先也是进行XRD分析，根据实际结果来看，所有掺杂元素下，都形成了立方相，也就是说，掺杂元素进入了立方相晶格，并且形成了固溶体。但是，掺杂元素的增加，让衍射峰的移动方向趋势发生了改变，而且随着掺杂量的增加越发明显。其次进行比表面积分析，同样是采用新鲜样品、老化后样品进行分析测定，根据实际情况来看，比表面积并没有出现较大差别。但是加入少量的掺杂元素Y后，固溶体的比表面积、热稳定性都得到了一定程度的增加。综合上述分析计算的具体情况来看，不加入锆这一掺杂元素的铈基稀土化合物也具有一定的比表面积和热稳定性，也可以作为催化材料。

3 铈基稀土化合物的实际应用

3.1 固体电解质

铈基稀土化合物用于固体电解质是目前的研究热点之一，主要原理是因为在较低的温度下，掺杂后的铈基稀土化合物具有较高的氧离子导电率，可以用于中低温固体氧化物燃料电池。铈基稀土化合物本身想要获得较高的电导率，就要减少晶格缺陷的有序化，并且加入适当的二价、三价离子，以扩大电解质域，达到制备电解质的根本目的。

3.2 尾气净化

尾气净化是铈基稀土化合物最常见的一种应用，铈基稀土固溶体本身就被用于汽车尾气净化，是一种三效催化剂，在实际应用中，铈基稀土化合物中的铈存在着可逆转化的特点，以此在还原条件下，具有储氧能力，并且控制贵金属颗粒。这对于汽车尾气净化而言是十分重要的性能特点，根据实际应用结果显示，铈基稀土化合物是非常优秀的汽车尾气净化催化剂。但是在应用开发制备的过程中，要对铈锆比、制备方法、结构等进行确定，以此保证具体的应用效果。

3.3 抛光材料

铈基稀土化合物作为抛光材料，具有低成本、高效率、低消耗、大产量、高质量、工艺条件简单等特点。随着稀土工艺技术的发展，近几年来得到了广泛应用。现阶段很多优质的抛光粉中都含有70%～100%的铈基稀土化合物，化合物的纯度、硬度、粒度等会对抛光能力产生影响，想要保证抛光工艺质量，就要结合实际的抛光需求，有针对性的控制铈基稀土化合物的物理性质，此外，随着电子元件的更新发展，铈基稀土化合物作为抛光材料还需要进一步提高自身的物理性质。

3.4 其他方面

在实际应用过程中，铈基稀土化合物本身还具有遮断紫外线的效果，透过性较强，在涂料、化妆品、胶片、塑料等产品上也有着重要的应用。铈基稀土化合物还可作为水处理剂，在处理污水中发挥作用，同时在一些化学反应中也可以充当催化剂。此外，如果铈基稀土化合物的稳定性较强，也可作为功能性陶瓷材料。作为一种性能优异的新型材料，本身就具有一定的新型功能材料，应用开发前景十分广阔，实际上铈基稀土化合物还可以在很多领域中应用，还需要得到进一步探索分析，以此推动铈基稀土化合物得到全面的发展和进步。