氧化鈰，一種稀土氧化物，由其稀土類獨特的 4f電子層結(jié)構(gòu) ， 使得其具有特殊的光 、 電和磁性質(zhì) ， 成為一種極具價值的新材料如催化劑 、 拋光粉 、陶瓷材料 、 紫外吸收材料、 發(fā)光材料等 ， 已在許多重要的化學(xué)過程中如石油化工 、 機動車尾氣凈化和有毒有害氣體的凈化 、 燃料 電池 (固體氧化物燃料電池 ) 等得到廣泛應(yīng)用 。 納米 CeO2還具備了納米材料的一系列的性質(zhì)，因此納米 CeO2的制備技術(shù)也成為了人們的研究熱點，本文將綜述 CeO2基納米材料制備及其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)展。

2 納米氧化鈰在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

由于納米 CeO2 的結(jié)構(gòu)特點，其具有較多的氧空位和比較低的氧化還原電勢，二氧化鈰成為稀土元素中活性最高且應(yīng)用最為廣泛的一種氧化物， CeO2在催化及氧化還原循環(huán)方面正日益成為人們研究的重點。納米氧化鈰在治理環(huán)境污染方面的應(yīng)用則主要包括汽車尾氣的凈化、光催化降解有機污染物和濕式催化氧化及臭氧催化氧化廢水 ”。

3 ．1 汽車尾氣的凈化

汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展給我們帶來交通便利的同時，也帶來了嚴(yán)重的大氣污染問題，威脅著人類的生存環(huán)境及生活健康，逐漸成為全球共同的問題。

汽車尾氣排放出的污染物組成復(fù)雜多樣，但其中主要的有害物質(zhì)為：一氧化碳、氮氧化物、烴類化合物、硫氧化物等有害氣體及碳煙、鉛氧化物等粉塵顆粒物質(zhì)及二氧化碳。汽車尾氣亦成為霧霾的主要貢獻(xiàn)者。目前使用最廣泛、最為有效的汽車尾氣凈化催化劑是三效催化劑，既是指將汽車尾氣中的 CO和烴類催化氧化并可 同時將氮氧化物催化還原 ， 使最終產(chǎn)物為 CO 和 H2O 。 而在催化劑中需添加一些助劑 ， 如氧化鈰 ， 改變催化劑的化學(xué)組成 、 酸堿性 、晶格結(jié)構(gòu) 、 表面構(gòu)造 、 孔結(jié)構(gòu) 、 分散狀態(tài)等 ， 從而提高催化劑性能的物質(zhì)。 口氧化鈰的添加還有其他一 些功能 ，如 (1 )抑制貴金屬組分的高溫?zé)Y(jié)現(xiàn)象 ，提高其在高溫下 的催化活性。 (2 ) 可提高活性組分的抗硫 中毒能力 。 (3 ) 提高氧化鋁的熱穩(wěn)定性。

Torsten Brezesinski等人 以 CeCl37H 2O 和 ZrCl4為前驅(qū)體， KLE 為模板 ， 采用蒸發(fā)誘導(dǎo) 自組裝的方法制備 了具有高度結(jié) 晶孔壁的 CeO2 和 CeO2 一ZrO2納米膜，研究表明， ZrO2 的加入顯著提高了 CeO2的熱穩(wěn)定性及儲氧能力，這一點在 Rossignol 的研究中亦 得 到證 明 。

3 ．2 光催 化 降解有 機污 染物

1972 年，F(xiàn)ujishim a 和 H onda 在 N ature雜志發(fā)表了關(guān) 于在二氧化鈦電極表面發(fā)現(xiàn)光 電催化分解水制氫的現(xiàn)象 ， 這一發(fā)現(xiàn)開啟了多相光催化 的研究。 由于 CeO2 與 TiO2 同為 N 型半導(dǎo)體材料 ， 人們認(rèn)為 CeO2也應(yīng)具有光催化的性質(zhì)。 TiO2：光催化劑的光吸收閾值為 388 nm ， 能夠吸收 占太 陽光能量3％-5％的紫外光。 然而 ， 與 TiO2 相比， CeO2 的光吸收閾值為 420 nm ， 因此具有比 TiO2更寬泛的光能吸收范圍， CeO2不僅可以吸收紫外線，還可以吸收近紫外區(qū)的可見光，從而在光催化領(lǐng)域具有更廣的應(yīng)用潛力。近年來， Tang 等口證 明， CeO2納米管表現(xiàn)出顯著增強的光催化活性和穩(wěn)定性，比較納米 CeO2和 TiO 2對芳香族苯的降解 ， 商品 TiO2表現(xiàn)出了非常不穩(wěn)定的光催化活性，而 CeO2納米管對苯的轉(zhuǎn)化率由初期的 2．2％， 22 小時后又下降了 1．2％， 降解性能 的提高歸因于 CeO2 納米管具有較強的光吸收和散射作用。

郝仕油等人口印采用硬模板法制備了介孔Ce-M C M 一48 納米材料。 以 TE OS 為硅源， CTA B 為模板劑 ， 水熱法合成了介孔 M CM 一48 材料。 然后以此 M CM 一48 為載體 ， Ce(N O 3)3"6H 20 一乙醇溶液浸漬 ，水浴加熱蒸發(fā)后得到固體 ， 經(jīng)過濾 、 烘干 、 煅燒后獲得 ce 含量不同的 C e—Si一0 復(fù)合氧化物 ， 同時研究了這些復(fù)合氧化物對羅丹明 B 的可見光催化降解性能。 實驗證 明， 10％ C e—M C M 一48 的催化降解效率好于純 CeO2及商用 TiO2。

3．3 催化濕式氧化有機物

催化濕式氧化 CW A O 是一項新型水處理技術(shù) ，在高溫高壓條件下采用空氣或氧氣為氧化劑 ， 加入一 定催化劑 ， 將水 中的有機污染物和處于還原態(tài)的無機污染物氧化的化學(xué)過程 。 CW A O 主要用來處理毒性較大的工業(yè)有機廢水 ， 其效率比常規(guī)方法高 ，耗能較小 ， 產(chǎn)生的二次污染也較小。

大連理工大學(xué)楊鳳林課題組[27]研究 了用催化濕式氧化技術(shù)處理高含量 、 難降解的磷霉素鈉和黃連素制藥混合廢水 ， 考察了 M n 及 Ce 協(xié)同 Cu 催化反應(yīng)時 C W A O 處理效率。 結(jié)果表明 ， 以黃連素廢水 中的 Cu 2+作催化劑，反應(yīng)溫度為 250 ℃、初始氧分壓為 1．3 M Pa、 反應(yīng)停 留時間 0．5 h 的條件下 ，C O D 平均去除率可達(dá) 50％， 此時廢水 中有機磷轉(zhuǎn)化為 PO ； M n 、 Ce 的加入可使 C O D 的去除率提高12 ％ ～ 18 ％ 。

3 ．4 臭氧催化氧化有機物

臭氧催化氧化是在常溫常壓下將那些難以用臭氧單獨氧化或者降解的有機物氧化的方法。在水處理中，合適高效的催化劑將會大大地提高臭氧催化氧化效率。哈爾濱工業(yè)大學(xué)馬軍踟課題組研究對比了以氧化鈰為催化劑催化臭氧氧化對氯硝基苯和鄰苯二甲酸發(fā)現(xiàn)，氧化鈰催化臭氧化對鄰苯二甲酸有很好的去除效果，而對對氯硝基苯幾乎沒有催化活性，說明氧化鈰對與其配位吸附能力較強的有機物才能起到催化降解作用。在氧化鈰催化臭氧氧化有機物過程中，其表面的存在較多的 Ce(IV ) ， 而氧化鈰表面的 Ce(IV )是較強的 Lew is 酸 ， 它們對水中的鄰苯二 甲酸有很好 的配位吸附作用 ， 同時由于臭氧分子是一種 Lew is堿 ， 而氧化鈰是一種 n 型氧化物 ，臭氧分子很容易在氧化鈰表面吸附， O 在 n 型氧化物表面吸附并會產(chǎn)生表面鍵 O ·自由基 ， 絡(luò)合吸附作用和 O ·自由基共 同提高了有機物的去除效果。

4 前景展望

在過去的幾年中，人們一直致力于合成二氧化鈰納米材料，而未來應(yīng)該更加關(guān)注合成方法、組成、尺寸和形貌對 CeO2 納米材料性能的影響研究。研究表明， CeO2不僅可以作為催化劑的載體，同樣可以在催化反應(yīng)中起到催化劑的作用。設(shè)計雙金屬的納米結(jié)構(gòu)催化劑將大大提高 CeO2 的選擇性和催化活性。開發(fā)簡單、經(jīng)濟的 C eO2納米材料制備工藝還是非常重要的，水熱法和溶劑熱法在制備納米結(jié)構(gòu)CeO2 方面還是非常有潛力的方法，氧化鈰納米材料熱穩(wěn)定性的問題已在多孔的花狀介孔 CeO2 微球中解決。未來，氧化鈰基納米材料將在能源儲存、轉(zhuǎn)換、環(huán)境保護(hù)和修復(fù)，以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。