双碳背景下的稀土催化专刊

(主持人：刘忠文)

【主持人语】自1794年首先发现土性氧化物“钇土”，到1947年处理铀核裂变放射性同位素时得到钷，历时150余年，才全部找到了元素周期表中统称为稀土的镧系、钪和钇等17种元素。发现稀土元素的整个过程充满曲折，也颇具传奇色彩。由于“钇土”与土壤的外观和在水中的溶解度等物理性质相似，但与土壤相比，“钇土”矿物稀少，由此得名稀土，并沿用至今。事实上，大部分稀土元素在地球上的丰度并不稀，也不少，比如Sc(0.002 5%)、Y(0.003 1%)、La(0.003 5%)、Ce(0.006 6%)和Nd(0.004 0%)，与过渡金属Co(0.002 9%)相近，远高于Ag(0.000 008%)。同时，最早发现的“钇土”也并非单质钇，而是钇、铒和铽的混合氧化物。历经近50年的努力，直到1843年才经进一步分离获得钇的氧化物。因此，稀土元素极为相似的性质及其伴生矿来源属性，使得分离过程成为稀土研究及其应用开发的关键，而伴随核能利用的大量集中研究促进了其发展。

稀土元素未完全充满电子的4f轨道和镧系元素收缩等特性，使其作为活性组分或助剂表现出独特的催化性能。因此，作为稀土和催化科学与技术的重要交叉方向，早在1920年代，已有稀土催化的研究报道和专利技术申请，而且在能源、环境、材料等领域的应用日趋深入且广泛。这可从2011年以来的相关文献检索分析得到验证，如图Ⅰ所示。其中，2011年以稀土催化或稀土催化剂为关键词发表论文88 054篇，并逐年持续稳定增长，2021年达到147 403篇(图Ⅰa)，而且在催化裂化、催化燃烧、催化净化和燃料电池等能源和环境方面的逐年发表论文数量也表现出类似的特点(图Ⅰb)。值得指出的是，尽管稀土催化在烯烃聚合方面的逐年发表论文数量稳定在3 600篇左右(3 388～3 888篇)，但近年来稀土氧化物及稀土合金等用于光(电)催化反应、稀土金属络合物催化的碳氢官能团化反应、氧化铈酸碱催化有机官能团化反应等稀土催化合成反应过程特色鲜明，有望成为新的突破口。

图Ⅰ 2011—2021年以稀土催化或稀土催化剂为关键词的年发表论文总数(a)及不同类型稀土催化的年发表论文数(b)Fig.Ⅰ Yearly number of articles with the key words of rare earth catalysis or rare earth catalyst(a) and the papers refined with the keywords of catalytic cracking, catalytic combustion, catalytic purification, fuel cells or olefin polymerization(b) from 2011 to 2021注：数据库为SciFinder，检索时间为2022年1月25日。

我国是稀土资源大国，其产量、储量、消耗量及出口量均列世界第一。以2021年为例，我国稀土储量达4 400万t，约占全球总储量的37%，稀土消耗量接近全球总消耗量的60%。因此，加强稀土催化的基础研究及其在能源、环境、材料等领域的应用开发，对全面建设社会主义现代化国家进程中实现“双碳”目标必将产生极其重大的推动作用。

基于上述认识，围绕“双碳”背景下稀土催化在能源、环境、材料等领域的发展动向，组织国内高校、科研院所及企业从事稀土催化基础研究和应用开发知名学者/团队的13篇学术论文，包括1篇综述、1篇观点和11篇研究论文，在《陕西师范大学学报(自然科学版)》以专刊出版，希望强化“双碳”背景下稀土催化的研究和应用开发。

衷心感谢所有作者、审稿人、责任编辑和编辑部工作人员的无私奉献和辛勤劳动，并致以崇高的敬意。