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鈰氧化物的雙面性：它如何在高溫下釋放氧氣？
鈰氧化物，化學式為CeO2，呈淡黃白色粉末，是鈰這種稀土金屬的一種氧化物。這種材料在商業上非常重要，且在從礦石中提取鈰元素的過程中扮演著中間體的角色。它的一個特別之處在於其可逆轉換為非化學計量氧化物的特性。隨著研究的深入，鈰氧化物的雙面性越來越受到重視，特別是在高溫環境下釋放氧氣的能力，使其成為許多工業應用中的明星材料。
生產過程
鈰通常存在於稀土金屬的氧化物中，主要的礦石包括礦石和單斧礦。在提取過程中，鈰與其他稀土元素混合。在將金屬離子浸入水性碱溶液中後，通過添加氧化劑並調整pH值來分離鈰。這一步驟利用了鈰氧化物的低溶解度，與其他稀土元素的抗氧化性形成了對比。鈰氧化物可通過鈰草酸鹽或鈰氫氧化物的灼燒來形成。
特性與結構
。在高溫下，它能釋放氧氣，形成一種非化學計量的離子缺陷形式，並保持氟石晶格。這種材料的公式為CeO(2−x)，其中0 < x < 0.28。x的值取決於溫度、表面終止和氧的分壓。鈰氧化物採用氟石結構，具有Fm3m空間群，包含8配位的Ce4+和4配位的O2−
缺陷化學
在鈰氧化物的穩定氟石相中，根據氧的分壓或材料的應力狀態顯示出幾種缺陷。主要關注的缺陷包括氧的缺陷和小極化子（存在於鈰陽離子上的局部化電子）。增加氧缺陷的濃度會提高氧化物陽離子在晶格中的擴散速率，這反映了離子導電率的提高，這使鈰氧化物在固體氧化物燃料電池應用中表現優越。
自然情況與應用
在自然界中，鈰氧化物以鋯石鈰礦（cerianite）形式存在，是一種四價鈰礦物。它的應用範圍廣泛，主要包括研磨和去色玻璃。在研磨上，鈰氧化物取代了以前常用的鐵氧化物和鋯氧化物。此外，鈰氧化物在催化和能源生產方面也受到關注，特別是對於制氫過程中水的兩步分解。
新興用途
鈰氧化物在催化領域吸引了大量關注，能催化水氣變化反應，同時也用於汽車催化轉換器，幫助控制空氣與排放氣體的比率，以降低二氧化氮和一氧化碳的排放。在光學行業，鈰氧化物被廣泛用於磨光玻璃表面，並在堅固性上表現卓越。其在焊接領域的應用也越來越受到重視，尤其是與鎢電極結合使用，提供平滑且穩定的電弧。
安全考量
鈰氧化物納米顆粒（nanoceria）逐漸進入市場，並考慮到其抗菌與抗氧化活性，成為一種潛在的替代品，用於防曬劑等產品中，因其在光催化活性方面的影響較小。
隨著我們對鈰氧化物在不同領域的潛力的探索，加上其在能源生產及催化反應中的應用，未來鈰氧化物是否能成為解決現代技術挑戰的關鍵材料呢？
