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神秘的鈰氧化物：為何它在工業中如此重要？
鈰氧化物（Cerium(IV) oxide），又稱鈰化氧、鈰二氧化物或鈰酸，是一種稀土金屬鈰的氧化物。其化學式為CeO2，外觀呈淡黃色的白色粉末。鈰氧化物不僅是重要的商業產品，還在從礦石中提取鈰元素的過程中扮演著中間體的角色。其獨特之處在於其可逆轉換為非化學計量氧化物的性質，這使得它在工業上具有重要的應用價值。
生產
鈰在自然界中以氧化物的形式存在，通常與其他稀土元素混合，其主要礦石包括巴士那石和孤雲母。在從這些礦石中提取金屬鈰時，鈰離子會首先轉移至水相中，然後添加氧化劑，最後調整 pH 值分離鈰。這一步驟利用了鈰氧化物（CeO2）低溶解度及其他稀土元素抗氧化的特性。
特性
CeO2 是鈰的最廣泛研究氧化物，且是鈰的最氧化形式。4f 電子與 O 2p 電子形成的強混合態使得 4f 電子去局域化，進而形成寬分散帶。
鈰氧化物的結構以氟石結構為特徵，具有空間群 Fm3m (#225)。在高溫環境下，鈰氧化物會釋放氧，形成一種缺氧的非化學計量形式，保留氟石晶格的特性。該材料的化學式為 CeO(2−x)，而 x 值受溫度、表面終止和氧分壓影響，範圍在 0 < x < 0.28。
缺陷化學
在最穩定的鈰氧化物氟石相中，主要的缺陷攸關氧空缺和小極化子（局限於鈰陽離子的電子）。氧缺陷的濃度增加會提升氧化物陰離子在晶格中的擴散速率。這使得鈰氧化物在固氧燃料電池中具備良好的固體電解質性能。
自然存在
鈰氧化物在自然界中以鈰煙石（cerianite）形式存在，是少數四價鈰礦物之一。鈰煙石的出現與某些鈰異常例子有關，其中鈰被氧化而與其他仍為三價的稀土金屬分離。
應用
鈰氧化物的主要工業應用包括化學機械平坦化（CMP）的拋光劑，以及去色玻璃的用途。其具有將綠色鐵離子雜質轉化為幾乎無色的鐵氧化物的功能。
鈰氧化物在催化反應中獲得了廣泛的關注，並能夠催化水氣轉化反應，氧化一氧化碳，並通過釋放氫氣來還原水。
其他小眾及新興應用
催化劑
鈰氧化物在異相催化中也有著重要的應用。它可用於自清潔爐具中的碳氫化合物催化反應，以及汽車尾氣催化轉化器中控制氣體排放。
能源與燃料
由於其顯著的離子和電子導電性，鈰氧化物適合用作混合導體，特別是在固態氧燃料電池中。
光學
鈰氧化物在光學行業中因其出色的拋光能力而受到重視，能有效去除玻璃表面的細微劃痕與不完美。
焊接
鈰氧化物也用作氬弧焊中鈦合金電極的添加劑，提高了電弧的穩定性及使用效率。
安全性
鈰氧化物奈米顆粒被調查其抗菌和抗氧化活性，有望成為防曬劑中鋅氧化物和二氧化鈦的替代品。
關於鈰氧化物的未來應用，我們是否還有其他尚未挖掘的潛力關鍵？
