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神秘的铈氧化物：为何它在工业中如此重要？
铈氧化物（Cerium(IV) oxide），又称铈化氧、铈二氧化物或铈酸，是一种稀土金属铈的氧化物。其化学式为CeO2，外观呈淡黄色的白色粉末。铈氧化物不仅是重要的商业产品，还在从矿石中提取铈元素的过程中扮演着中间体的角色。其独特之处在于其可逆转换为非化学计量氧化物的性质，这使得它在工业上具有重要的应用价值。
生产
铈在自然界中以氧化物的形式存在，通常与其他稀土元素混合，其主要矿石包括巴士那石和孤云母。在从这些矿石中提取金属铈时，铈离子会首先转移至水相中，然后添加氧化剂，最后调整 pH 值分离铈。这一步骤利用了铈氧化物（CeO2）低溶解度及其他稀土元素抗氧化的特性。
特性
CeO2 是铈的最广泛研究氧化物，且是铈的最氧化形式。 4f 电子与 O 2p 电子形成的强混合态使得 4f 电子去局域化，进而形成宽分散带。
铈氧化物的结构以氟石结构为特征，具有空间群 Fm3m (#225)。在高温环境下，铈氧化物会释放氧，形成一种缺氧的非化学计量形式，保留氟石晶格的特性。该材料的化学式为 CeO(2−x)，而 x 值受温度、表面终止和氧分压影响，范围在 0 < x < 0.28。
缺陷化学
在最稳定的铈氧化物氟石相中，主要的缺陷攸关氧空缺和小极化子（局限于铈阳离子的电子）。氧缺陷的浓度增加会提升氧化物阴离子在晶格中的扩散速率。这使得铈氧化物在固氧燃料电池中具备良好的固体电解质性能。
自然存在
铈氧化物在自然界中以铈烟石（cerianite）形式存在，是少数四价铈矿物之一。铈烟石的出现与某些铈异常例子有关，其中铈被氧化而与其他仍为三价的稀土金属分离。
应用
铈氧化物的主要工业应用包括化学机械平坦化（CMP）的抛光剂，以及去色玻璃的用途。其具有将绿色铁离子杂质转化为几乎无色的铁氧化物的功能。
铈氧化物在催化反应中获得了广泛的关注，并能够催化水气转化反应，氧化一氧化碳，并通过释放氢气来还原水。
其他小众及新兴应用
催化剂
铈氧化物在异相催化中也有着重要的应用。它可用于自清洁炉具中的碳氢化合物催化反应，以及汽车尾气催化转化器中控制气体排放。
能源与燃料
由于其显著的离子和电子导电性，铈氧化物适合用作混合导体，特别是在固态氧燃料电池中。
光学
铈氧化物在光学行业中因其出色的抛光能力而受到重视，能有效去除玻璃表面的细微划痕与不完美。
焊接
铈氧化物也用作氩弧焊中钛合金电极的添加剂，提高了电弧的稳定性及使用效率。
安全性
铈氧化物奈米颗粒被调查其抗菌和抗氧化活性，有望成为防晒剂中锌氧化物和二氧化钛的替代品。
关于铈氧化物的未来应用，我们是否还有其他尚未挖掘的潜力关键？
