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铈氧化物的双面性：它如何在高温下释放氧气？
铈氧化物，化学式为CeO2，呈淡黄白色粉末，是铈这种稀土金属的一种氧化物。这种材料在商业上非常重要，且在从矿石中提取铈元素的过程中扮演着中间体的角色。它的一个特别之处在于其可逆转换为非化学计量氧化物的特性。随着研究的深入，铈氧化物的双面性越来越受到重视，特别是在高温环境下释放氧气的能力，使其成为许多工业应用中的明星材料。
生产过程
铈通常存在于稀土金属的氧化物中，主要的矿石包括矿石和单斧矿。在提取过程中，铈与其他稀土元素混合。在将金属离子浸入水性碱溶液中后，通过添加氧化剂并调整pH值来分离铈。这一步骤利用了铈氧化物的低溶解度，与其他稀土元素的抗氧化性形成了对比。铈氧化物可通过铈草酸盐或铈氢氧化物的灼烧来形成。
特性与结构
。在高温下，它能释放氧气，形成一种非化学计量的离子缺陷形式，并保持氟石晶格。这种材料的公式为CeO(2−x)，其中0 < x < 0.28。 x的值取决于温度、表面终止和氧的分压。铈氧化物采用氟石结构，具有Fm3m空间群，包含8配位的Ce4+和4配位的O2−
缺陷化学
在铈氧化物的稳定氟石相中，根据氧的分压或材料的应力状态显示出几种缺陷。主要关注的缺陷包括氧的缺陷和小极化子（存在于铈阳离子上的局部化电子）。增加氧缺陷的浓度会提高氧化物阳离子在晶格中的扩散速率，这反映了离子导电率的提高，这使铈氧化物在固体氧化物燃料电池应用中表现优越。
自然情况与应用
在自然界中，铈氧化物以锆石铈矿（cerianite）形式存在，是一种四价铈矿物。它的应用范围广泛，主要包括研磨和去色玻璃。在研磨上，铈氧化物取代了以前常用的铁氧化物和锆氧化物。此外，铈氧化物在催化和能源生产方面也受到关注，特别是对于制氢过程中水的两步分解。
新兴用途
铈氧化物在催化领域吸引了大量关注，能催化水气变化反应，同时也用于汽车催化转换器，帮助控制空气与排放气体的比率，以降低二氧化氮和一氧化碳的排放。在光学行业，铈氧化物被广泛用于磨光玻璃表面，并在坚固性上表现卓越。其在焊接领域的应用也越来越受到重视，尤其是与钨电极结合使用，提供平滑且稳定的电弧。
安全考量
铈氧化物纳米颗粒（nanoceria）逐渐进入市场，并考虑到其抗菌与抗氧化活性，成为一种潜在的替代品，用于防晒剂等产品中，因其在光催化活性方面的影响较小。
随着我们对铈氧化物在不同领域的潜力的探索，加上其在能源生产及催化反应中的应用，未来铈氧化物是否能成为解决现代技术挑战的关键材料呢？
