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Le proprietà nascoste del cerio: in che modo i difetti dell'ossigeno influenzano la sua conduttività?
Il biossido di cerio (CeO2), noto anche come cenere di cerio, trova importanti applicazioni in vari campi grazie alle sue proprietà chimiche uniche. Soprattutto per quanto riguarda la conduttività elettronica, la presenza di difetti di ossigeno può influenzare significativamente le proprietà conduttive del cerio. Questo articolo esaminerà più da vicino le proprietà del cerio, la sua struttura e il modo in cui i difetti dell'ossigeno ne modificano la conduttività.
Caratteristiche e struttura del cerio
Il cerio si trova solitamente in natura sotto forma di ossidi; i minerali principali sono la basnerite e la pietra monoclina. Il biossido di cerio è una polvere bianca di colore giallo pallido con una proprietà unica di conversione reversibile, che può essere convertita in ossidi non stechiometrici.
La struttura della fluorite ha cerio 8-coordinato (Ce4+) e ossigeno 4-coordinato (O2−). Ad alte temperature, il biossido di cerio rilascia ossigeno per formare una forma non stechiometrica con carenza di ossigeno.
Chimica dei difetti
Nella fase di cerio più stabile, l'ossido di cerio presenta una serie di difetti che dipendono principalmente dalla pressione parziale dell'ossigeno o dallo stato di stress del materiale. Le presenze più evidenti sono le vacanze di ossigeno e i piccoli polaroni (elettroni localizzati nel catione cerio). Ad un'elevata concentrazione di posti vacanti di ossigeno, la velocità di diffusione degli anioni ossido nel reticolo aumenta.
Questa proprietà rende gli ossidi di cerio eccellenti per applicazioni in celle a combustibile ad ossidi solidi, e sia il cerio drogato che quello non drogato mostrano un'elevata conduttività elettronica a basse pressioni parziali di ossigeno.
Aree di applicazione
Il biossido di cerio viene utilizzato principalmente in due ambiti: lucidatura chimica e decolorazione del vetro. Soprattutto nella lucidatura chimico-meccanica, la superiorità del cerio ha fatto sì che sostituisse molti altri ossidi e diventasse un materiale importante nel settore.
Gli ossidi di cerio sono efficaci anche in numerose applicazioni emergenti, come la catalisi, l'energia e i combustibili, in particolare nella generazione di energia da idrogeno, sfruttando le proprietà di difetto di ossigeno del cerio per decomporre l'acqua.
Problemi di sicurezza
Nel campo della nanotecnologia, le nanoparticelle di biossido di cerio (nanocerio) sono state ampiamente studiate per le loro proprietà antibatteriche e antiossidanti. Ciò lo rende un candidato promettente per l'uso nelle protezioni solari, soprattutto se confrontato con l'ossido di zinco e il biossido di titanio.
ConclusioneIn sintesi, l'ossido di cerio è ampiamente utilizzato in molti settori industriali grazie alle sue esclusive proprietà conduttive. I difetti dell'ossigeno svolgono un ruolo particolarmente significativo nel migliorarne la conduttività e hanno anche favorito il progresso di numerose tecnologie. In futuro, il biossido di cerio sprigionerà più potenziale e valore in una più ampia gamma di applicazioni?
