黄子杰 稀土功能材料综述
稀土光功能材料产业发展现状与趋势
稀土光功能材料产业发展现状与趋势吴虹【摘要】稀土是功能性材料、战略物资的源头，光与色的精灵，稀土“应用”是科技创新、自主知识产权、原创核心技术的精髓。
在研发生产全面提升高效灯用稀土三基色、多组份荧光粉的同时，需加快对白光LED照明用蓝光和紫外激发的黄色、橙色、红色、深红色、绿色、蓝绿色、蓝色荧光粉和新型宽色域、高密度、全光谱荧光粉以及EL、OEL、OLED、稀土配合物、荧光染料、量子点纳米晶、荧光微晶玻璃、透明陶瓷荧光材料的研制开发和产业化，进一步加强自主知识产权保护和应用创新的力度。
%Rare earth is the functional material, the source of strategic materials, elves of light and color.“Application” of rare earth is the essence of science and technology innovation, intellectual property rights, and the original core technology.In the R & D to enhance the efficient use of rare earth trichromatic lamp, multi-component phosphor, while the need to speed up the research and development and industrialization of white LED lighting with blue and ultraviolet excitation of yellow, orange, red, dark red, green, blue and green, blue phosphors and a new wide color gamut, high-density, full-spectrum fluorescent and EL, OEL, OLED, rare earth complexes, fluorescent dyes, quantum dot nanocrystals, fluorescent glass ceramics, transparent ceramic fluorescent materials, and further strengthen independent IPR protection and application innovation.【期刊名称】《灯与照明》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P8-11,27)【关键词】稀土发光材料;节能光源;LED【作者】吴虹【作者单位】中国稀土行业协会【正文语种】中文1 稀土发光材料1.1 稀土节能光源稀土节能荧光灯具有高频化、微汞化、小型化、高光效、高显色等特性，又兼有高稳定性、低光衰、长寿命、色漂移小等优点。
综述—永磁材料
Nd-Fe-B系稀土永磁材料的研究进展邓少杰合肥工业大学工业与装备技术研究院摘要钕铁硼磁体被称为第3代稀土永磁材料，是目前综合磁性能比较高的永磁材料。
探讨了钕铁硼永磁材料的发展前景以及行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。
概述了钕铁硼永磁材料的研究进展和应用领域，介绍了钕铁硼磁体的性能及先进制备工艺。
纵观全文，钕铁硼永磁材料已进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。
关键词稀土永磁材料钕铁硼磁性能制备工艺1绪论1.1永磁材料的定义永磁材料又称为硬磁材料，它是一种经过外加强磁场的磁化，再去掉外加磁场之后能长时期保留其较高的剩余磁性能，经受振动、温度等环境因素和不太强的外加磁场的干扰的强磁材料。
又因为其具有高的矫顽力，能经受外加不太强的磁场的干扰，故又称硬磁材料。
1.2钕铁硼系稀土永磁材料的现状及研究意义在钕铁硼刚开始生产应用之初，世界钕铁硼生产能力主要集中在日、美、中、欧等少数国家手中。
其中，日、美在永磁的开发、生产和推广应用方面的技术一直处于世界前茅，同时也是最大的永磁消费市场，并形成了几家能力大、质量好、竞争力强的超大规模企业。
目前，日本住友特殊金属公司、日本信越化学实业公司、TDK 等在钕铁硼的销量上分居世界第一、二、三位，而中国的北京中科三环高技术股份有限公司与日本的TDK 并列排在第三位。
中国在20世纪80年代初开始从事稀土永磁材料的研究。
目前，中国钕铁硼产业已经占全球近80%市场份额，是全球烧结钕铁硼磁体的产业中心。
2010年，中国铁硼磁体产量已经超过世界总产量的80%。
随着中国对稀土出口限制管理日趋严格，未来中国高性能钕铁硼永磁材料产量将继续扩大，占全球总产量比例有望继续提升。
目前，中国钕铁硼永磁材料生产企业已达120多家，国内有5家企业的生产规模已近千吨。
而上百吨生产规模的企业有20余家，但所产磁体大部分都是中低档产品，绝大多数应用在性能要求不高的领域。
所以，中国烧结钕铁硼产量虽处于世界前列，但所得利润却很有限。
机动车尾气高效净化稀土催化材料及应用技术-概述说明以及解释
机动车尾气高效净化稀土催化材料及应用技术-概述说明以及解释1.引言1.1 概述引言：机动车尾气排放是当前城市环境中存在的重要问题之一。
随着城市化进程的加快和机动车数量的快速增长，机动车尾气排放对大气环境和人民健康带来了严重的影响。
为了解决这一问题，科学家们一直在寻找高效净化机动车尾气的方法和技术。
本文旨在探讨一种名为稀土催化材料的前沿技术，其在机动车尾气净化中具有巨大的应用潜力。
稀土催化材料以其优异的催化性能和环境友好性备受研究者的关注。
该材料能够将有害物质转化为无害物质，有效降低机动车尾气中的污染物排放。
为了全面了解和阐述稀土催化材料及其应用技术在机动车尾气净化领域的前沿研究进展，本文将从三个方面进行探讨。
首先，将介绍环境问题与机动车尾气排放之间的关系，以强调问题的严重性和紧迫性。
接着，将重点介绍稀土催化材料的特性和其在机动车尾气净化中的应用情况。
最后，将综述机动车尾气高效净化技术的研究进展，包括各种新型催化剂和净化器的设计和开发。
本文的目的是为读者提供对机动车尾气高效净化稀土催化材料及应用技术有一个全面且深入的了解。
通过本文的阐述，读者将了解到稀土催化材料在机动车尾气净化中的潜在应用前景，并能够了解到技术改进和发展的方向。
最后，本文将总结目前的研究成果，并展望未来的研究方向和发展前景。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先概述了机动车尾气排放对于环境所带来的问题，以及对应的解决方法。
接着介绍了本文的结构，即分为引言、正文和结论三个部分，并简要描述了每个部分的内容。
正文部分将着重介绍稀土催化材料及其应用技术在机动车尾气高效净化方面的重要性。
首先，我们将探讨环境问题与机动车尾气排放之间的关系，分析尾气中的有害物质对环境和人体健康的影响。
接着，我们将详细介绍稀土催化材料的特性以及其在机动车尾气净化中的应用，包括其对有害物质的转化和去除机理。
最后，我们将阐述机动车尾气高效净化技术研究的最新进展，包括新型催化剂的开发和优化、催化剂的载体设计和工艺改进等方面。
稀土催化剂(Ce、La)用于丙烷催化燃烧的研究进展
第41卷第1期Vol.41㊀No.1重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2024年2月Feb.2024稀土催化剂(Ce ㊁La )用于丙烷催化燃烧的研究进展龚旭栋,王玮璐,吴㊀云,张贤明重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆400067摘㊀要:目的挥发性有机物(VOCs )对人体健康和生态环境都有不良影响,已引发研究者的广泛关注㊂催化燃烧是处理VOCs 的有效技术之一,具有去除效率高㊁无二次污染等优势㊂稀土元素Ce ㊁La 及其氧化物因特殊的理化性质常作为催化助剂或载体,在催化燃烧中起着重要作用㊂因此针对稀土催化剂(主要为Ce ㊁La ),综述了其在丙烷催化燃烧中的应用及相应的催化反应机制以及未来的发展方向㊂方法通过对Ce 基和La 基催化剂在丙烷催化燃烧中的研究和应用进行综述,分析了稀土催化剂的反应机理及发展方向㊂结果首先,Ce ㊁La 及其氧化物可调节催化剂的整体结构㊁形貌和比表面积等物理性质;同时,上述物质也可与催化剂内的其他金属相互作用,从而有效调控材料中的氧空位密度,最终增强对丙烷催化燃烧的反应活性㊂其次,CeO 2作为载体能与活性金属产生有赖于CeO 2形貌和晶面的金属-CeO 2相互作用,这会对催化剂的结构和性能产生极大影响㊂此外,也讨论了通过优化合成方法和表面改性所获得的La 系钙钛矿催化剂在丙烷催化燃烧中的应用研究㊂结论目前,稀土基催化剂的催化作用机制探索尚处于初级阶段,应对其进行更深入系统的研究,以早日实现其工业化应用㊂关键词:多相催化;催化燃烧;丙烷;稀土元素中图分类号:X511,X -1㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2024.0001.002㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-03-05㊀修回日期:2022-05-18㊀文章编号:1672-058X(2024)01-0012-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(51678095);重庆市科委面上项目(CSTC2021JCYJ -MSXMX0628).作者简介:龚旭栋(1997 ),女,重庆市人,硕士研究生,从事环境热催化研究㊂通讯作者:王玮璐(1989 ),女,河南新乡人,助理研究员,博士,从事多相催化研究.Email:weiluwang@.引用格式:龚旭栋,王玮璐,吴云,等.稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2024,41(1):12 20.GONG Xudong WANG Weilu WU Yun et al.Advances in rare earth element-based catalysts Ce La for propane catalyticcombustion J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2024 41 1 12 20.Advances in Rare Earth Element-based Catalysts Ce La for Propane Catalytic Combustion GONG Xudong WANG Weilu WU Yun ZHANG XianmingEngineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment Ministry of Education Chongqing Technology and Business University Chongqing 400067 ChinaAbstract Objective Volatile organic compounds VOCs have adverse effects on both human health and the ecological environment thus attracting widespread attention from researchers.Catalytic combustion is one of the effective technologies for treating VOCs with the advantages of high removal efficiency and no secondary pollution.Rare earth elements such as Ce and La and their oxides often play an important role in catalytic combustion due to their special physicochemical properties as catalytic additives or carriers.Therefore for rare earth catalysts mainly Ce and La their applications in the propane catalytic combustion and the corresponding catalytic reaction mechanisms as well as future development directions were reviewed.Methods Through a review of the research and applications of Ce-based and La-based catalysts in the propane catalytic combustion the reaction mechanisms and development directions of rare earth catalysts were analyzed.Results Firstly Ce La and their oxides modulated the physical properties of the catalyst such as the overall structure morphology and specific surface area.Meanwhile these substances also interacted with other metals within the catalyst to effectively modulate the oxygen vacancy density in the material ultimately enhancing the reactivity for the propane catalytic combustion.Secondly when CeO 2acted as a carrier it was capable of producing metal-第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展CeO2interactions with the active metal dependent on the CeO2morphology and crystallographic surface which can have a great impact on the structure and performance of the catalyst.Studies on the application of La-based chalcogenide catalysts obtained by optimizing synthesis methods and surface modification in the propane catalytic combustion were also discussed. Conclusion At present the exploration of the catalytic mechanism of rare earth-based catalysts is still in its initial stage and in-depth and systematic research should be conducted to realize its industrial application as early as possible. Keywords heterogeneous catalysis catalytic combustion propane rare-earth elements1㊀引㊀言挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是引发光化学烟雾及雾霾等大气环境问题的主要前体物,对人体具有极强的致癌和致畸性,是大气治理的重点研究对象[1-4]㊂其中,丙烷因结构稳定而难以被去除,常作为VOCs中烷烃组分的代表而被研究[5-6]㊂目前,催化燃烧是较常用的处理技术,与传统的物理吸附和热焚烧技术相比具有能耗低㊁去除效率高以及无二次污染等优势[7-9]㊂在该途径中,催化剂的性能决定丙烷的去除效率和技术能耗[10],因此这也成为研究者所关注的重点㊂当前用于催化燃烧的催化剂主要为贵金属基和非贵金属基两大类㊂其中,贵金属基催化剂(Pt㊁Pd㊁Rh)虽在低温下(T100<300ħ)对丙烷的去除效果良好,但高额的成本及易中毒失活也极大限制了其工业化进程[11-13];非贵金属基催化剂,如Co㊁Mn等元素虽能在丙烷的催化燃烧中提供良好的抗毒化能力,但其活性(T100>300ħ)却远低于贵金属类材料[14-15]㊂因此,定向设计及构筑对丙烷去除率高㊁抗毒性强且绿色经济的新型催化剂将成为该领域研究工作的核心㊂众所周知,我国稀土资源丰富,年产量占世界的95%以上[16],被广泛应用于发光㊁储氢和超导等领域㊂此外,稀土元素(Rare Earth Element,REE)由于特殊的结构性质,也被开发用于多相催化领域[17-18]㊂具体来说,REE原子中存在未被电子完全占据的4f轨道,导致该轨道中的电子容易发生离域㊁迁移,因此REE可有效改善材料的整体电子结构和载流子传输情况㊂此外, REE作催化助剂时,可有效调控材料的化学组成㊁孔结构及活性位点的分散状态等,显著提高催化剂的活性和稳定性[19-20]㊂因此,将REE引入催化剂中可有效改善材料的物理化学性质,增强其催化燃烧活性,所以合理制备催化效率高且绿色经济的稀土基催化剂也是未来研究者们需攻克的重点和难点㊂本文综述了近几年丙烷催化燃烧的研究,发现Ce㊁La及其氧化物作为催化剂中的促进或改性组分,可有效调控材料的形貌结构㊁化学组成及活性位点的分散状态等物理化学性质;同时可与其他金属产生相互作用,调控材料中的氧空位密度,显著提高催化剂的活性和稳定性㊂除作为催化剂助剂以外,Ce的氧化物(CeO2)在丙烷催化燃烧中也有较多应用㊂CeO2载体可与活性金属产生较强的电子效应,有效分散和稳定活性金属,提高催化活性㊂同时,在研究中发现催化丙烷燃烧的结果会受到CeO2不同形貌和晶面的影响㊂此外,La系钙钛矿具有良好的热稳定性和氧化还原性,但其较高的成相温度所致的低比表面积和相应的低活性限制了其应用㊂通过改进La系钙钛矿的合成方法,可以使其具有较高比表面积及催化活性㊂最后,以Ce 基催化剂,La基催化剂在催化燃烧中的研究现状及作用机理为理论基础,提出了稀土催化剂存在的问题和未来发展方向㊂2㊀Ce基催化剂2.1㊀Ce及其氧化物作助催化剂Ce属于镧系元素,由于具有未被电子完全占据的4f轨道而具有独特的催化性能㊂将Ce及其氧化物作为结构助剂引入催化剂可有效调节材料的形貌和分散性㊂例如,胡等[21]在MnO x中引入Ce元素,催化剂整体形貌会从大小不均一的团聚体逐渐转变为尺寸均一且分散良好的球形颗粒,同时其比表面积也会从8m2㊃g-1显著提高至102m2㊃g-1㊂同样地,Wang等[22]将CeO2引入MnO x/Nb2O5-x中,发现CeO2的存在可有效降低催化剂的尺寸,提升MnO x的分散性㊂与此同时,研究者们还发现Ce元素可与活性金属产生良好的相互作用,调节催化剂表面的氧空位密度㊂因此将Ce及其氧化物引入催化剂中能显著提高单元素氧化物(Co3O4[23])㊁混合或复合氧化物(CoCeO x[24]㊁Fe2O3-CuO[25]等)材料中氧活性物种丰度,最终提升催化活性㊂与单一的CeO2㊁Co3O4催化剂相比,Zhu等[23]发现Co3O4-CeO2二元氧化物对丙烷的完全催化氧化表现出更高的活性㊂这是因为Co3O4和CeO2之间的相互作用导致Co3+被部分还原成Co2+或金属Co,而这些被还原的Co或Co2+会与周围的CeO2氧物种结合,发生如下反应:Co3O4ңCo2+/Co3++[O]ңCo0+[O]; Co0(Co2+)+CeO2ңCo2+/Co3+(Co3+)+CeO2-x+[O],从而在Co3O4-CeO2界面附近产生大量氧空位㊂氧气在这些氧空位上被吸附形成活性氧物种,从而提高催化剂在丙烷催化燃烧中的活性㊂然而Ce及其氧化物31重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷的添加量存在最优配比,添加过多会覆盖部分活性位点,添加过少则不能达到最佳协同效应[25]㊂这在Li 等[24]采用双模板结合溶胶-凝胶法制备的一系列不同Co /Ce 摩尔比(1ʒ4㊁1ʒ1㊁4ʒ1)的微介孔CoCeO x 催化剂用于丙烷催化燃烧的研究中得到印证㊂研究表明,催化剂中Co /Ce 摩尔比为1(Co 1Ce 1)时,具有较好的裂解丙烷C -H 键生成CO 2的能力(图1),在238ħ时转化率达到90%㊂在该比例下材料中催化剂存在Co x Ce 1-x O 2-σ固溶体及大量氧空位,使得Co 1Ce 1还原性大幅提高,表面活性氧物种数量也显著增加㊂但Co /Ce 的摩尔比过大及过小均会导致上述活性位点和比表面积的减少,导致催化剂活性降低㊂S t a g e 4S t a g e 1S t a g e 2S t a g e 3C o C e O xP r o p a n eO x y g e n v a c a n c y S u r f a c e a c t i v e o x y g e n O x y g e nC e 3+C o 3+C e 3+C e 3+C o 2+C e 4+C e 4+C o 2+C e 3+C e 3+C o 3+C e3+图1㊀CoCeO x 催化剂表面反应机理[24]Fig.1㊀The surface reaction mechanism of CoCeO x catalyst[24]此外,Ce 还可与活性金属产生相互作用,有效改善催化剂的稳定性和活性[26]㊂Tang 等[27]采用低温水热工艺使NiO 纳米片阵列均匀生长在堇青石蜂窝状孔道的表面,形成整体式催化剂㊂对于纯NiO 纳米片催化剂,其T90为481ħ,并且在1h 运行后丙烷的转化率由79.9%下降到58.4%,在48小时后下降到21.5%,稳定性较差㊂将Ce 引入到NiO 后,催化剂的低温还原性和活性在Ce 和Ni 的相互作用下得到显著改善,其T90降低至440ħ,且丙烷转化率在48h 后仅降低了1.1%㊂因此Ce 掺杂不仅能有效改善催化剂活性,还能显著提高催化剂的稳定性(图2)㊂100806040200200250300350400450500丙烷转化率/%温度/℃N i O0.2C e 5N i O(a )NiO 和0.2Ce -NiO 纳米阵列丙烷催化燃烧活性测试10080604020001020304050丙烷转化率/%时间/h92.0%79.9%90.9%58.4%N i O0.2C e 5N i O(b )在425ħ时NiO 和0.2Ce -NiO 催化剂稳定性测试图2㊀原始NiO 和0.2Ce -NiO 纳米阵列催化剂性能评价,丙烷浓度=3000ppm ,SV =24,000h -1[27]Fig.2㊀Performance evaluation of pristine NiO and 0.2Ce -NiOnanoarray monolithic catalysts ,C 3H 8concentration =3000ppm ,and SV =24000h -1[27]在其他VOCs 催化燃烧中,Ce 也显示出良好的促进作用㊂Piumetti 等[28]采用溶液燃烧合成技术(Solution Combustion Synthesis,SCS)合成了一系列不同Ce /Cu 摩尔比的铈铜氧化物催化剂,将其用于催化乙烯总氧化反应㊂发现CuO x 与CeO 2相互作用的小团簇很容易被还原,促进了Cu +物种和结构缺陷(氧空位)的形成,导致更高的催化氧化活性㊂Mo 等[29]发现Ce 能与MnAl 复合氧化物中的Mn 通过Ce 4+-Mn 3+↔Ce 3+-Mn 4+反应产生协同作用,提高晶格氧的迁移率和有效性,在210ħ时苯的转化率可达到90%㊂简而言之,Ce 及其氧化物作为结构助剂可有效调节催化剂的整体结构和形貌㊁增加其比表面积并改善活性金属的分散性,从而提升材料的催化性能㊂同时,Ce 元素由于具有电子未完全占据的4f 轨道,可与其他金属发生相互作用,有效调控材料中的氧空位密度,提高催化剂表面的活性氧物种,进而增强丙烷催化燃烧反应活性㊂此外,Ce 及其氧化物也可优化催化剂的低温可还原性和稳定性㊂然而,许多研究表明在不同Ce 添加量的情况下,催化剂活性会有所差异,因此,稀土催化剂中Ce 及其氧化物的添加比例值得进一步研究㊂2.2㊀CeO 2作载体Ce 元素具有特殊的电子结构和结构弛豫,能够加强活性金属(Ru㊁Pd㊁Ni)与其氧化物CeO 2表面间的电子电荷转移,从而更好地稳定活性金属位点,提升催化剂的活性和稳定性[30-32]㊂41第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展由于常见的Al2O3及SiO2等载体材料的化学惰性较强,与活性金属相互作用较差,因此以这些氧化物作载体的催化剂在VOCs氧化中的催化活性仍存在较大提升空间㊂一般来说,金属与载体的相互作用是影响催化剂性能的重要因素之一,它通常决定了活性金属的氧化状态和氧化还原反应的路径[33-35]㊂CeO2中存在Ce4+/Ce3+氧化还原循环对(图3),可与活性金属进行电子转移并产生良好的相互作用,这能极大改善催化剂的结构和催化性能㊂同时,在氧化过程中,CeO2还能为氧化还原反应提供丰富的活性氧物种,提升丙烷催化燃烧的去除效率㊂C e O2u n i t c e l l P o i n t d e f e c t s i t e sO2-C e4+C e3+/D o3+VOC e3+/D o3+i n c u b i c(Oh)s i t eVOi n t e t r a h e d r a l(Td)s i t e(a)CeO2晶胞㊀㊀(b)CeO2晶胞中Ce3+/Do3+位点(c)CeO2晶胞中的氧空位Vo图3㊀氧化铈及其与其他金属元素形成的氧化物固溶体的晶体结构和缺陷示意图[32]㊂(Do3+代表外来离子;(a)和(b)右侧的4个半透明氧原子属于下一个单胞) Fig.3㊀Schematic diagram of the crystal structure and defects of cerium oxide and its oxide solid solutions formed with other metallic elements[32](Do3+represents foreign ions;the4semi-transparent oxygen atoms on the right in(a)and(b)belong to the next unit cell)Wu等[35]使用无氯前驱体合成的Ru/CeNs催化剂,发现由于Ru与Ce之间存在的强相互作用,使其表面形成了均匀且高密度的Ru-O-Ce界面㊂此界面是丙烷吸附和解离的首选活性位点,其存在可显著提高催化剂对丙烷的催化燃烧活性㊂Hu等[30]将1.5~ 3.2%(wt)的Ru纳米颗粒(~3nm)负载于CeO2和Al2O3基底上(Ru/CeO2㊁Ru/Al2O3)㊂在不同载体性质的影响下,丙烷催化燃烧展示出不同的反应路径(图4)㊂在Ru/Al2O3催化剂上,丙烷只能吸附在Ru 纳米颗粒上形成异丙基,再转化为丙酮基,随后分解成甲酸或乙酸,最终生成CO2和H2O㊂而对于Ru/CeO2催化剂,除上述路径外,丙烷也可以作为含有丙烯酸基团的物种在Ru-CeO2界面上吸附并被部分氧化㊂归因于CeO2载体作为氧气储层,在反应过程中为丙烷吸附提供额外的位点,即Ru-CeO2界面㊂同时,具有高储氧能力的CeO2还为催化剂提供了丰富的活性氧物种,从而氧化反应速率得到提升(T90=180ħ)㊂R u H O A l C C e(a)Ru/Al2O3催化剂上的丙烷氧化反应路径(b)Ru/CeO2催化剂上的附加反应路径图4㊀催化剂表面丙烷氧化反应路径示意图[30] Fig.4㊀Schematic diagram of propane oxidation reaction path on the surface of two catalysts[30]此外,研究者观察到强烈依赖于CeO2形貌的金属-CeO2相互作用对CeO2负载催化剂结构和催化性能的强烈影响㊂Zhang等[32]发现负载于CeO2纳米立方体(c-CeO2)㊁纳米颗粒(p-CeO2)㊁纳米棒(r-CeO2)上Ni的理化状态有明显差异㊂由于CeO2与Ni的相互作用不同,负载于r-CeO2表面的NiO呈分散状态;在p-CeO2中NiO则会聚集成团;负载于c-CeO2催化剂表面上的Ce与Ni间的相互作用最强,则形成Ni-O-Ce 结构,此结构可削弱CeO2中相邻的Ce-O键并激活其晶格氧,进而提升催化剂活性㊂这也在C3H8催化燃烧反应活性对比实验中得到证实,相比于r-CeO2催化剂,负载Ni后的催化剂活性大约提升了27%㊂由于不同的CeO2形貌其主要暴露晶面有所差异,因此也有研究表明不同晶面会对催化性能产生明显影响㊂Hu 等[31]合成了棒状(r)㊁立方体(c)以及八面体(o)的CeO2纳米晶体,其中r-CeO2暴露(110)和(100)晶面㊁c-CeO2暴露(100)晶面㊁o-CeO2暴露(111)晶面(图5)㊂进一步将Pd负载于CeO2表面时,发现在o-CeO2的(111)面上存在较强的表面Ce-O键,有利于C3H8催化燃烧活性位点PdO x纳米颗粒的存在㊂因此Pd/o-CeO2催化剂在300ħ时的TOF(3.52ˑ10-2/s)远高于Pd/c-CeO2(2.59ˑ10-3/s)和Pd/r-CeO2(6.97ˑ10-4/s)催化剂㊂此外,研究者们发现CeO2形貌差异也会影响催化剂在苯系物和有机氯化物等其他VOCs中的催化性能㊂Feng等[36]发现空心球状的CeO2暴露的(111)面最易形成氧空位,导致其表面氧活性更高,氧化还原性能更好㊂因此,在207ħ时甲苯转化率可达90%㊂Wang 等[37]采用直接煅烧Ce(NO3)3㊃6H2O的方法合成CeO2(CeO2-DC),并在其上负载Pd得到Pd/CeO2-DC 催化剂㊂CeO2-DC暴露的(200)晶面与PdO x产生的相互作用,提高了催化剂表面Ce3+和Pd2+的丰度,这极大地提升了催化剂的氧化还原性能和催化活性,因此51重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷在260ħ时可实现苯的完全燃烧㊂Zhang 等[38]发现三维有序(3DOM)CeO 2负载的Au -Pd 合金纳米粒子催化剂可在450ħ实现三氯乙烯的完全转化㊂3DOM 结构有利于活性组分的分散,也利于增强反应物分子的吸附和传质,其较高的比表面积使反应物更容易接近表面活性位点㊂此外,3DOM 的CeO 2与Au -Pd 合金之间的强相互作用可提高表面活性氧的迁移率,从而进一步提升催化剂活性㊂abcefd100n m 5n m 5n m 5n m50n m 200n m图5㊀(a ,b )CeO 2-R ㊁(c ,d )CeO 2-C 和(e ,f )CeO 2-O 的TEM ㊁HRTEM 和SEM 图像[31]Fig.5㊀TEM ,HRTEM and SEM images of (a ,b )CeO 2-R ,(c ,d )CeO 2-C ,and (e ,f )CeO 2-O[31]CeO 2具有Ce 4+/Ce 3+氧化还原循环对,作为载体可与活性金属产生较强的电子效应,提高活性位点的分散度和催化活性㊂同时,CeO 2还能为氧化还原反应提供丰富的活性氧物种,从而提高丙烷催化燃烧的转化率㊂此外,可设计合成形貌和暴露晶面不同CeO 2,使其发挥最佳的催化性能,这展示了CeO 2在催化燃烧中具有的良好应用前景㊂3㊀La 基催化剂3.1㊀La 作助催化剂除用于丙烷催化燃烧的稀土催化剂除Ce 基催化剂外,其同系元素La 也常作为催化剂中的促进或改性组分,用于调节催化剂的形貌结构,并通过与其他金属相互作用促进反应物在催化剂表面的吸附和活化以提升催化效率㊂Xie 等[39]发现在催化剂中引入La 可以显著减小Pd 的粒径㊂与Pd /Na -ZSM -5催化剂上的Pd 纳米颗粒(4~6nm)相比,La 改性的Pd /Na -ZSM -5具有更小的Pd 粒径(1~3nm)㊂Xie 等[40]使用共沉淀法合成了La 改性的LaC -MnO x 催化剂(C 表示La /Mn摩尔比)㊂发现La 可促进C 3H 8在催化剂表面的吸附,在很大程度上加速了C 3H 8催化燃烧反应速率㊂且La 的存在可以抑制Mn 4+向Mn 3+的转化,使La -MnO x 催化剂上Mn 4+和表面氧的含量增加,促使更多高迁移率的表面氧在La -MnO x 催化剂上参与C 3H 8的深度氧化㊂在氧空位产生后,La -MnO x 催化剂中较高活性和迁移率的晶格氧在气态氧不足时补充了这些空位,而使催化剂具有较好的催化活性(图6)㊂因此,在MnO x 催化剂中加入La 可加速氧化-还原循环,增强催化剂活性㊂C 3H 8O sO sO sO s O 2C a t a l .C a t a l .c a r b o n a t e sP a r t i a l o x i d a t i o n D e e p o x i d a t i o nC a t a l .O l a t t .HC H 3C H 3C H C O 2+O 2图6㊀C 3H 8在La -MnO x 催化剂上的催化氧化反应机理[40]Fig.6㊀The mechanism of catalytic oxidation reaction of C 3H 8over La -MnO x catalyst [40]此外,La 3+与过渡金属离子的大尺寸失配可能导致强晶格应变,诱导催化剂氧空位的形成,从而增加活性氧物种的数量并改善催化性能㊂如Yao 等[41]通过水热法合成的La 掺杂Co 3O 4催化剂在C 3H 8催化燃烧表现出较高活性㊂La 的引入导致Co 3O 4产生晶格畸变而形成氧空位,促进了气相氧的吸附和活化,进而产生表面活性氧物种,使得催化活性显著提升㊂La 在氯化物和甲烷的催化燃烧中也发挥着重要作用㊂Dai 等[42]发现引入La 后的MnCe 催化剂在氯苯催化燃烧中表现出高活性㊂原因在于La 的引入增强了MnCeO x 固溶体的热稳定性,并且改善了活性Mn 物种的分散性㊂Li 等[43]合成了掺La 的花状介孔氧化铈微球,用于甲烷催化燃烧具有良好的活性㊂归因于La 3+取代Ce 4+而产生的更多氧空位和催化剂的氧迁移率的提升㊂3.2㊀La 系钙钛矿(ABO 3(A =La ))La 系钙钛矿的化学计量比为LaBO 3,其中A 是La 3+阳离子,B 一般是第三周期的过渡金属㊂La 在该化合物中起结构稳定剂的作用,同时可通过改变B 位元61第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce ㊁La )用于丙烷催化燃烧的研究进展素形成不同种类的La 系钙钛矿,其催化性能可通过掺杂㊁离子取代等方法进行调控[44-45](图7)㊂此外,La 系钙钛矿具有价格低廉㊁氧化还原性能好㊁氧迁移率高㊁热稳定性优异等特点[46-47],是一种常用的多相催化材料㊂在自然界中La 的丰度高,可利用性强,因此La 系钙钛矿在实际应用中很有前景,已被成功应用于甲苯完全氧化[48]㊁CO 氧化[49]㊁甲烷完全氧化[50]等反应㊂A s i t eB s i t e O x y g e nAA ’BOO x y g e n v a c a n c y(a )理想ABO 3钙钛矿晶胞㊀㊀㊀(b )A 位掺杂具有氧空位的㊀㊀ABO 3钙钛矿图7㊀ABO 3钙钛矿晶胞[49]Fig.7㊀ABO 3perovskite cells [49]由于钙钛矿的成相温度较高,导致其比表面积和催化活性都相对较低[51]㊂针对其催化活性问题,如何调整合成方法和表面化学组成是解决上述问题的关键㊂溶胶凝胶法的反应条件温和且易于控制,已有研究者成功将其用于钙钛矿的合成㊂如Lin 等[52]通过溶胶-凝胶法合成了LaCoO 3钙钛矿纯相,发现使用生物质络合剂(竹粉)代替传统有机络合剂可以得到平均粒径更小㊁比表面积更大的钙钛矿催化剂㊂同时,生物质中有机碳的络合能力和生物还原能力可以有效缓解Co 2+还原为Co 3+,从而提升催化剂表面的Co 2+浓度㊂Co价态的变化会导致晶格畸变并改变Co -O 共价成分,从而增加氧空位的丰度并提升氧的迁移率㊂材料中较高的比表面积和氧空位丰度也可提供更多的酸性位点,有利于催化剂对C 3H 8的吸附和C -H 键的激活,导致催化活性提升㊂除了溶胶-凝胶法,溶剂法也是钙钛矿的有效合成方法之一㊂在溶剂热合成中,溶剂作为反应介质发挥着重要作用㊂首先,它可以控制溶液中化学物质的浓度,从而影响反应动力学;其次,它还能够改变溶解物种的配位,影响成核和晶体生长步骤,诱导特定结构的形成[53]㊂因此可通过选择合适的溶剂合成具有良好性能的La 系钙钛矿,如Miniajluk 等[54]分别以1,2-乙二醇(EG)㊁1,2-丙二醇(PG)和1,4-丁二醇(BG)为溶剂成功制备了LaMnO 3钙钛矿(LM 材料)㊂结果表明,使用EG 制备的LM -EG 具有较高的表面活性氧物种数量㊁良好低温还原性以及较大的表面积和孔体积,在300ħ左右对丙烷去除率与1%Pt /Al 2O 3相当,但其本征活性却是后者的近六倍(表1)㊂表1㊀LM 材料在丙烷氧化中的催化性能[54]Table 1㊀Catalytic performances in propane oxidation ofLM materials [54]SampleT 10/ħT 50/ħT 95/ħa Ea /(kJ /mol )LM -EG 23127532588.7LM -BG 30235845089.9LM -PG38543749284.91%Pt /Al 2O 3b21726030785.9㊀a分别对应于10%㊁50%和95%转化率的温度,b 参考催化剂(铂分散度:63%;S BET =168m 2㊃g -1)㊂此外,La 系钙钛矿具有良好的氧化还原性㊁高氧迁移率以及优异的热稳定性,是作为催化剂载体的良好材料㊂Luo 等[55]通过使用高表面积(31m 2/g)的电纺LaCoO 3纳米棒负载Pt,然后分别在He㊁O 2和H 2氛围中连续热退火得到了具有高Pt 分散性的0.29%(wt)Pt /LaCoO 3纳米棒催化剂㊂Pt 与LaCoO 3载体之间的相互作用有利于Co 2+物种㊁Co 3+/Co 2+氧化还原循环对和更多氧空位的形成,可有效改善材料的氧迁移率,最终提升丙烷催化燃烧活性(图8)㊂O x y g e n v a c a n c yP tC o 3+C o 2+O 2O 2O 2O 2O 2O 2O 2O 2C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8L a C o O 3P t /L a C o O 3 H e +O 2+H 2C O 2+H 2O 图8㊀LaCoO 3和Pt /LaCoO 3-He +O 2+H 2催化剂上丙烷催化氧化机理[55]Fig.8㊀The mechanism of catalytic oxidation of propaneover LaCoO 3and Pt /LaCoO 3-He +O 2+H 2catalysts [55]在脂肪烃及苯系物的催化燃烧中,La 系钙钛矿也有较多应用㊂Wang 等[56]通过乙酸(HAc)选择性蚀刻LaCoO 3-La 2O 3复合材料上的La 2O 3颗粒,获得了多孔LaCoO 3钙钛矿催化剂㊂经HAc 刻蚀的LaCoO 3产生了表面La 缺陷和丰富的氧空位,而且催化剂的孔隙率和氧化还原性能均得到改善㊂因此,多孔LaCoO 3可以有效地接触和激活反应物,在220ħ实现乙酸乙酯的完全催化燃烧㊂Yarbay 等[57]采用柠檬酸盐技术制备了LaMnO 3钙钛矿型催化剂,发现LaMnO 3中存在单斜相LaMn 2O 5,两者产生协同作用,可促进活性晶格氧的形成和还原性的提升,导致甲苯催化燃烧反应活性的提高㊂Luo 等[58]采用SBA -15辅助静电纺丝合成了高表面积菱面体LaCoO 3钙钛矿催化剂,并将其用于苯的催71重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷化燃烧㊂静电纺丝技术有利于LaCoO3表面Co元素的暴露,导致氧空位和Co2+活性位点数量增加,从而提升催化剂的氧迁移率和活性,因此在330ħ时苯的转化率可达90%㊂总之,La系钙钛矿的催化性能受到制备方法的影响较大,如高温制备的钙钛矿结构催化剂具有较低的表面积和反应活性,而其他合成方法如溶胶凝胶法和溶剂热合成法制备的材料则能够有效改善催化剂的比表面积和粒径等,使其催化燃烧活性更佳㊂因此,通过调整材料合成方法和合成条件以获得性能优良的钙钛矿催化剂将是研究者们未来亟需探索的方向㊂4 结束语本研究简要综述了近年来应用于丙烷催化燃烧的稀土催化剂,主要为Ce和La元素参与形成的稀土类催化材料㊂Ce及其氧化物作为助剂能够调节催化剂的结构和形貌等物理性质,并通过与活性金属进行电子传递(Ce4++M n+ңCe3++M(n-1)+)而产生强烈的相互作用形成氧空位,进而增强丙烷催化燃烧反应活性㊂此外,CeO2载体能够与活性金属产生良好的相互作用,从而改善催化剂的结构和催化性能㊂同时,研究发现催化燃烧受到CeO2不同形貌和晶面的影响㊂因此,可基于对形貌和晶面调整,使得CeO2能在丙烷催化燃烧中发挥最佳效果㊂La及其氧化物作为催化助剂能有效调节催化剂的形貌结构,诱导其产生氧空位,从而有效改善材料的催化活性㊂而以La为A位制备的钙钛矿氧化物可通过表面改性和优化合成方法来改变其比表面积和粒径等以提升催化性能㊂但稀土元素在丙烷催化燃烧的应用仍存在诸多不足:(1)稀土催化剂作为助催化剂和载体都有较优异的丙烷催化燃烧性能㊂但稀土元素与其他元素间的相互作用及其对催化剂整体的结构和性能的影响机理较为复杂,因此深入系统地研究稀土元素与其他元素的相互作用机理是重要的研究方向㊂(2)稀土元素在催化中发挥了重要作用,能显著优化催化剂结构与性能,但其应用仅限于实验室阶段㊂因此,设计开发兼具多样性和普适性的稀土催化剂,将其推广至其他工业催化反应中是进一步的研究方向㊂虽然诸多研究表明稀土元素在丙烷催化燃烧中起到了积极的作用,但其与催化剂整体性能的构效关系尚有进一步探索的空间,如何设计合成活性优良且兼具稳定性的催化剂仍是未来研究者要面临的一大挑战㊂参考文献References1 ㊀HE C CHENG J ZHANG X et al.Recent advances in thecatalytic oxidation of volatile organic compounds A review based on pollutant sorts and sources J .Chemical Reviews 2019 119 7 4471 4568.2 ㊀LEWIS A.The changing face of urban air pollution J .Science 2018 359 6377 744 745.3 ㊀JIAN Y TIAN M HE C et al.Efficient propane low-temperature destruction by Co3O4crystal facets engineeringUnveiling the decisive role of lattice and oxygen defects and surface acid-base pairs J .Applied Catalysis BEnvironmental 2021 283 1 10.4 ㊀ZHANG S YOU J KENNES C et al.Current advances ofVOCs degradation by bioelectrochemical systems A review J .Chemical Engineering Journal 2018 334 2625 2637.5 ㊀ZHAO S HU F LI J.Hierarchical core-shell Al2O3@Pd-CoAlO microspheres for low-temperature toluene combustion J .ACS Catalysis 2016 6 6 3433 3441.6 ㊀LIU Y LI X LIAO W et al.Highly active Pt/BN catalystsfor propane combustion The roles of support and reactant-induced evolution of active sites J .ACS Catalysis 2019 92 1472 1481.7 ㊀ZHOU L ZHANG B LI Z et al.Amorphous-microcrystalcombined manganese oxides for efficiently catalytic combustion of VOCs J .Molecular Catalysis 2020 489 1 10.8 ㊀HU J LI W LIU R.Highly efficient copper-dopedmanganese oxide nanorod catalysts derived from CuMnO hierarchical nanowire for catalytic combustion of VOCs J .Catalysis Today 2018 314 147 153.9 ㊀ZHAO P CHEN J YU H et al.Insights into propanecombustion over MoO3promoted Pt/ZrO2catalysts The generation of Pt-MoO3interface and its promotional role on catalytic activity J .Journal of Catalysis 2020 391 80 90.10 DONG F HAN W GUO Y et al.CeCoOx-MNS catalystderived from three-dimensional mesh nanosheet Co-based metal-organic frameworks for highly efficient catalytic combustion of VOCs J .Chemical Engineering Journal 2021405 1 10.11 LI X LIU Y LIAO W et al.Synergistic roles of Pt0and Pt2+species in propane combustion over high-performance Pt/AlF3 catalysts J .Applied Surface Science 2019 475 524 531.12 DONG T LIU W MA M et al.Hierarchical zeoliteenveloping Pd-CeO2nanowires An efficient adsorption/ catalysis bifunctional catalyst for low temperature propane total degradation J .Chemical Engineering Journal 20203931 10.13 WU J CHEN B YAN J et al.Ultra-active Ru supported on81。
《2024年稀土纳米晶须及其复合材料在聚乳酸中的应用》范文
《稀土纳米晶须及其复合材料在聚乳酸中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，新型材料的研究与应用越来越受到关注。
其中，稀土纳米晶须及复合材料作为一种新兴的材料体系，其独特性能使其在多个领域都有广泛应用。
尤其是在生物医用材料领域，其与聚乳酸（PLA）的结合使用更是为材料科学研究带来了新的突破。
本文将探讨稀土纳米晶须及其复合材料在聚乳酸中的应用，以及其可能带来的影响和未来发展趋势。
二、稀土纳米晶须及其复合材料的特性稀土纳米晶须是一种具有独特物理和化学性质的新型纳米材料。
其纳米级的尺寸和稀土元素的特殊性质使其具有优异的力学、热学、电学及磁学性能。
通过与其他材料复合，可以制备出具有特定功能的复合材料。
复合材料则是由两种或更多不同性质或形态的材料，通过物理或化学的方法组成，具有新的性能的材料。
稀土纳米晶须与聚合物、无机非金属等材料的复合，可以显著提高材料的综合性能。
三、稀土纳米晶须在聚乳酸中的应用聚乳酸（PLA）是一种可生物降解的塑料，具有良好的生物相容性和可加工性，广泛应用于医疗、包装、农业等领域。
然而，PLA的某些性能如强度、韧性等还有待提高。
将稀土纳米晶须引入PLA中，可以显著提高其性能。
1. 增强力学性能：稀土纳米晶须的加入可以显著提高PLA的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。
这是由于稀土纳米晶须的纳米尺寸效应和增强作用，使PLA的力学性能得到显著提升。
2. 改善热稳定性：稀土纳米晶须具有优异的热稳定性，可以提高PLA的热分解温度，从而提高其耐热性能。
3. 其他应用：除了提高力学性能和热稳定性外，稀土纳米晶须还可以改善PLA的阻燃性能、电磁性能等。
此外，通过控制稀土纳米晶须的形态和尺寸，可以制备出具有特定功能的PLA复合材料，如发光材料、磁性材料等。
四、稀土纳米晶须复合材料在聚乳酸中的应用除了单独使用稀土纳米晶须外，将其与其他材料复合，可以制备出性能更加优异的复合材料。
这些复合材料在PLA中的应用，可以进一步拓展PLA的应用领域。
稀土基本知识
稀土基本知识目录一、稀土概述 (3)1.1 稀土的定义与分类 (4)1.2 稀土在元素周期表中的位置 (5)1.3 稀土元素的性质与应用 (5)二、稀土元素简介 (6)2.1 镧系元素 (9)2.2 铽系元素 (10)2.3 钇系元素 (11)2.4 铌系元素 (12)2.5 钼系元素 (13)三、稀土矿床类型及特点 (14)3.1 水源型矿床 (15)3.2 磁性地层型矿床 (17)3.3 热液型矿床 (18)3.4 混合型矿床 (19)四、稀土提取工艺 (20)4.1 重选法 (21)4.2 浮选法 (22)4.3 磁选法 (23)4.4 电选法 (25)4.5 化学选矿法 (26)五、稀土金属的制备 (27)5.1 熔炼法 (28)5.2 合金化法 (29)5.3 离子交换法 (30)5.4 湿法冶金法 (31)六、稀土材料及其应用 (32)6.1 稀土永磁材料 (33)6.2 稀土发光材料 (34)6.3 稀土催化材料 (36)6.4 稀土储氢材料 (37)七、稀土在高科技领域的应用 (38)7.1 稀土在信息技术中的应用 (39)7.2 稀土在新能源、环保领域的应用 (40)7.3 稀土在生物医学、农业领域的应用 (41)八、稀土资源保护与可持续发展 (42)8.1 稀土资源的现状与面临的问题 (43)8.2 稀土资源的保护和合理利用 (44)8.3 稀土产业的绿色转型与可持续发展 (45)一、稀土概述也称为镧系元素和钇族元素，包括17种化学元素：镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、钇（Y）、镱（Yb）和镥（Lu）。
这些元素在自然界中通常以矿石的形式存在，如独居石、氟碳铈矿等。
稀土元素在地壳中的分布不均，但在某些地区，如中国、美国和印度，它们的储量相对丰富。
稀土元素具有独特的物理和化学性质，如荧光性、磁性、催化活性和电导性等，这使得它们在许多高科技领域具有重要的应用价值。
《稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中发光性能的研究》范文
《稀土元素铕钐在Sr9Y（PO4）7材料中发光性能的研究》篇一稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中发光性能的研究一、引言随着科技的不断发展，稀土元素在许多领域都展现出了独特的性质和优势。
在光学材料领域，稀土元素如铕（Eu）和钐（Sm）的掺杂已经成为改善材料发光性能的重要手段。
本文将重点研究稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中的发光性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、材料与实验方法1. 材料制备本实验采用Sr9Y(PO4)7作为基质材料，通过掺杂稀土元素铕和钐来改善其发光性能。
首先，将原料按照一定比例混合，经过高温固相反应制备出掺杂了稀土元素的Sr9Y(PO4)7材料。
2. 实验方法本实验采用光谱分析技术，通过测量掺杂材料的光谱特性，分析其发光性能。
具体包括：（1）激发光谱测量：测定不同波长下的激发光谱，分析激发光对发光性能的影响。
（2）发射光谱测量：测定不同波长下的发射光谱，分析发光强度、颜色等性能。
（3）寿命测量：测定材料的荧光寿命，分析其发光稳定性。
三、实验结果与分析1. 激发光谱分析通过测量掺杂了铕钐的Sr9Y(PO4)7材料的激发光谱，我们发现该材料在紫外光激发下具有较好的发光性能。
随着激发光波长的变化，材料的激发强度也发生变化，表明该材料对不同波长的激发光具有较好的响应能力。
2. 发射光谱分析发射光谱测量结果表明，掺杂了铕钐的Sr9Y(PO4)7材料在可见光区域内具有较好的发光性能。
发光颜色随着铕钐掺杂浓度的变化而变化，表明该材料的发光颜色可通过调整稀土元素掺杂浓度来实现调控。
此外，该材料的发光强度较高，表明其具有较好的发光效率。
3. 荧光寿命分析荧光寿命测量结果表明，掺杂了铕钐的Sr9Y(PO4)7材料具有较长的荧光寿命，表明其发光稳定性较好。
这为该材料在长时间工作的光学设备中的应用提供了有利条件。
四、结论通过研究稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中的发光性能，我们发现该材料具有较好的发光性能、颜色可调性和较长的荧光寿命。
《2024年稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中发光性能的研究》范文
《稀土元素铕钐在Sr9Y（PO4）7材料中发光性能的研究》篇一一、引言稀土元素因其独特的电子结构和光学性质，在材料科学、物理、化学等多个领域具有广泛的应用。
其中，铕（Eu）和钐（Sm）作为稀土元素中的典型代表，其发光性能尤为突出。
Sr9Y（PO4）7作为一种具有优良物理化学性质的基质材料，被广泛应用于发光材料的研究中。
本文旨在研究稀土元素铕钐在Sr9Y（PO4）7材料中的发光性能，以期为新型发光材料的开发提供理论依据和实验支持。
二、材料与方法1. 材料本研究所用材料包括：稀土元素铕、钐、磷酸盐以及化学计量比制备的Sr9Y（PO4）7材料。
2. 方法采用高温固相反应法，制备不同稀土元素掺杂的Sr9Y（PO4）7材料。
利用X射线衍射仪（XRD）分析材料的晶体结构；利用光谱仪测试材料的发光性能，包括激发光谱、发射光谱以及发光强度等参数。
三、实验结果与分析1. 晶体结构分析XRD测试结果表明，不同浓度的铕、钐掺杂对Sr9Y（PO4）7材料的晶体结构无明显影响，说明稀土元素的引入未改变基质材料的晶体结构。
2. 发光性能分析（1）激发光谱分析：随着铕、钐浓度的增加，材料的激发光谱发生变化。
铕的引入使得材料在紫外光区出现明显的激发峰，而钐的引入则使得材料在可见光区出现新的激发峰。
（2）发射光谱分析：在特定激发波长下，掺杂铕、钐的Sr9Y（PO4）7材料表现出明显的发射峰。
其中，铕的发射峰位于可见光区，而钐的发射峰则位于近红外光区。
随着掺杂浓度的增加，发射峰强度先增大后减小，表明存在最佳掺杂浓度。
（3）发光强度分析：通过对比不同掺杂浓度的材料发光强度，发现适量掺杂铕、钐可显著提高Sr9Y（PO4）7材料的发光强度。
当掺杂浓度过高时，发光强度反而降低，这可能是由于浓度猝灭效应所致。
四、讨论本研究表明，稀土元素铕、钐的引入可显著改善Sr9Y（PO4）7材料的发光性能。
这归因于稀土元素的4f电子在不同能级间的跃迁所产生的发光效应。
稀土发光材料的特点及应用介绍_曹铁平
稀土发光材料的特点及应用介绍曹铁平(白城师范学院化学系,吉林白城137000) 摘要:本文概述了稀土发光材料近几年的研究进展,重点介绍稀土发光材料的特点、合成方法和应用,以及我国稀土发光材料生产现状和未来发展前景展望。
关键词:稀土;发光材料;应用中图分类号:O 614文献标识码:A文章编号:1673-3118(2006)04-0042-03收稿日期:2006-04-08作者简介:曹铁平(1964———),女,白城师范学院化学系副教授,研究方向:应用化学。
发光是物体把吸收的能量转化为光辐射的过程。
当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后,吸收外界能量,处于激发状态,它在跃迁回到基态的过程中,吸收的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以光的电磁波形式辐射出来,即为发光。
所谓的稀土元素,是指镧系元素加上同属I I I B 族的钪S c 和钇Y ,共17种元素。
这些元素具有电子结构相同,而内层4f 电子能级相近的电子层构型、电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解等性质,故其应用十分广泛。
1 稀土发光材料的发光特性稀土是一个巨大的发光材料宝库,稀土元素无论被用作发光(荧光)材料的基质成分,还是被用作激活剂,共激活剂,敏化剂或掺杂剂,所制成的发光材料,一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。
物质发光现象大致分为两类:一类是物质受热,产生热辐射而发光,另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中,以光的形式放出能量。
因为稀土元素原子的电子构型中存在4f 轨道,当4f 电子从高的能级以辐射驰骋的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。
稀土元素原子具有丰富的电子能级,为多种能级跃迁创造了条件,从而获得多种发光性能。
稀土发光材料优点是发光谱带窄,色纯度高,色彩鲜艳;吸收激发能量的能力强,转换效率高;发射光谱范围宽,从紫外到红外;荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级,磷光最长达十多个小时;材料的物理化学性能稳定,能承受大功率的电子束,高能射线和强紫外光的作用等。
稀土功能材料
π * →π
π* → n
π*→π 是有机化合物产生荧光的主要跃迁类型。
•强荧光的有机化合物具备下特征: ①具有大的共轭π键结构； ②具有刚性的平面结构； ③具有最低的单重电子激发态为S1为π * →π型； ④取代基团为给电子取代基。
稀土超分子配合物发光的 匹配性原则:
• (1) 配体的三重态能级必须高于稀土离子的 受激态能级才能发生能量传递; • (2) 配体的三重态能级远高于稀土离子的最低 发射能级时, 也不能进行能量的有效传递;
应用范围 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 平均 年 增幅 %
企业级存储系 统
传统的服务器 台式电脑 移动电脑/家用 存储 笔记本电脑
4,872
38 11,36 9 270 4,235
4,505
38 10,57 8 384 4,624
4,974
40 10,72 7 584 5,206
二、稀土 “光电磁” 多种功能材料
•稀土永磁材料，
钕铁硼 是当今磁性最强的永磁体，它被称“一代磁王”。稀土永磁材料现已广泛的用 到了微型电机，工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器仪表。航天航空通讯，医用
核磁共振成像仪等方面
•稀土镍氢电池材料， •稀土荧光材料， •稀土催化剂。 •稀土激光材料， •稀土精密陶瓷材料。 •稀土超导材料 La-Ba-Cu-O/Y-Ba-Cu-O •生物工程材料等.
• (3) 若两者能量差值太小,配体三重态热去活化
率大于稀土离子的能量传递效率, 致使荧光 效率发射减弱。 • （4）配体含自由羟基、氨基，由于多声子过 程导致稀土荧光减弱甚至消失。
镧系离子根据其发光性能分为三类:
• (1)不能显示荧光的离子及荧光极弱的离子
稀土材料的应用及发展趋势
稀 士元素 是元 素周期 表 中 ｌ 镧 系元素 再 加 ５个 上 钪 和钇共计 １ ７个金 属元 素 的总称 。稀 土 的特 异 性 能来源 于稀土元 素具有 特异 的 ４ 电子构 型 ，ｆ ｆ ４ 电 子被 完全 填满 的外 层 ５ 和 ５ ｓ ｐ电子所 屏 蔽 ，ｆ ４ 电子 的不 同运 动 方式 使 稀 土 具有 不 同于 周期 表 中其 他 元素 的光学 、 磁学 和 电学 等物 理和化 学 特性 ； 并且 ，
ｓｏ ｔ ｉ ｌｗｅ ｅ ｉ ＇ｄ ｃ ｄ ｉ ｈｅ ｈｇｈ ｔｃ ｎｉｕｅｒ ａ ｍ． ｉｎ ｍａｅｒａ ｒ ｎｈｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｅ ｈ ｑ ｅ ｌ Ｋｅ ｏ ｄｓ：ａｒ ａｔ ｔｒａ ｓ ａ ｌｃ ｔｏ ｔｅ ｄ ｆｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｙｗ ｒ ｒ ｅ ｅ ｒｈ ｍａｅ ｉｌ ； ｐｐｉ ａｉｎ；ｒ ｎ ｏ ｅ ｅｏ ｎ
化
学
工
程
师
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２ １ 年第 ５期 ０１
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文章 编号： ０ ¨ ¨） 一ｏ。。 （ ｏ ｏ 一４ ｏ一 ｏ
稀 土材料 的应用及发展趋势
述
梁小蕊 ， 江炎兰 ， 鸣宇 ， 周 李
慧
（ 军 航空 工 程 学 院 ， 海 山东 烟 台 ２ ４ ０ ６ ０ １）
种永 磁材 料 ， 比十 九世 纪使 用 的磁 钢 的磁性 能 它 高 １０多倍 ， ０ 比铁氧体 、 铝镍钻 性 能优 越得 多 ， 比昂 贵的铂钻 合金 的磁性 能还高一 倍 。稀土永磁 体经过
多元化 的 。在各 种材 料制备 和加 Ｔ］艺 中 ， 添加 稀
土元 素 可显 著提 高产 品性 能并 改善 丁艺 条件 ， 誉 被 为“ 优异 的多功能 添加 剂” 以及“ 业维 生素 ” 工 …。如 在 冶金 过程 中用稀 土 金 属 或合 金 脱 氧 、 硫 ， 净 脱 起 化和调质 作侑 。稀土金 属还能 同过渡族 金属作 用生
包头稀土研究院三项课题获奖
包头稀土研究院三项课题获奖
程宝杰
【期刊名称】《稀土》
【年(卷),期】2006(27)3
【总页数】1页(P6-6)
【关键词】包头稀土研究院;课题;科技进步二等奖;稀土超磁致伸缩材料;获奖;各向异性辐射;烧结钕铁硼;包头市;先进集体;科技创新
【作者】程宝杰
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.45
【相关文献】
1.包头稀土研究院稀土储氢合金开发项目获奖励 [J], 内蒙古国资委规划发展处
2.包头稀土研究院课题获奖 [J], 程宝杰
3.包头稀土研究院三项课题通过技术鉴定 [J], 程宝杰;刘小平
4.包头稀土研究院三项课题获奖 [J], 程宝杰
5.中国稀土科学技术奖2018年评审结果公布包头稀土研究院多项目获奖 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
活化条件对提纯海泡石脱色性的影响
活化条件对提纯海泡石脱色性的影响
刘迪
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2010(000)A02
【摘要】海泡石因有着独特的结构,具有开阔的孔道和较大的比表面积,它拥有良好的吸附脱色性及离子交换性等物理化学性能。
以川北朝天海泡石为原料,研究了不同活化条件（酸浓度、温度、时间）对活性白土脱色性能的影响。
通过研究取得的主要成果：活化酸浓度为0.6mol/L,时间为60min,温度为100℃时活化后的海泡石脱色力最好。
最后得出结论,活化酸浓度、时间、温度对海泡石脱色性有影响,并得到活化的最佳酸浓度、时间及其温度。
【总页数】3页(P243-245)
【作者】刘迪
【作者单位】重庆钢铁集团质量管理处,重庆400084
【正文语种】中文
【中图分类】TB303
【相关文献】
1.活化条件对提纯海泡石脱色性的影响
2.酸活化和热活化对海泡石显微结构的影响
3.用提纯与活化一体化工艺生产海泡石活性白土
4.脱乙酰甲壳质的分子量对脱乙酰甲壳质处理羊毛的防缩和染色性能的影响
5.海泡石的活化及其对植物油脱色性能的研究
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稀土材料的阻燃性能研究与应用
稀土材料的阻燃性能研究与应用1. 引言稀土材料（Rare Earth Materials）是指具有稳定化学性质和特殊物理性质的一类材料。
由于其独特的结构和性质，稀土材料在众多领域中都有广泛的应用。
其中，对于阻燃性能的研究和应用尤为重要。
本文将重点探讨稀土材料的阻燃性能研究进展以及在实际应用中的潜在价值。
2. 稀土材料的基本特性稀土材料的阻燃性能与其基本特性密切相关。
稀土元素的特殊电子结构使得稀土材料具有良好的化学稳定性和热稳定性。
此外，在高温和高压环境下，稀土材料的物理性质也具有出色的表现，如高硬度、高熔点和低热膨胀系数等。
这些特性使得稀土材料具备优异的阻燃性能的潜力。
3. 稀土材料的阻燃性能研究3.1 稀土材料的阻燃机理稀土材料的阻燃性能与其在燃烧过程中的作用机制密切相关。
研究表明，稀土材料可以通过多种途径发挥阻燃作用，包括物理阻断作用、气相抑制作用和减少热解生成物的作用等。
这些机制的综合作用，使得稀土材料在燃烧过程中可以有效地降低燃烧速率和热释放。
3.2 稀土材料的阻燃性能评价方法为了评价稀土材料的阻燃性能，研究者们提出了多种测试方法和评价指标。
常用的测试方法包括燃烧性能测试、热解分析和阻燃材料的力学性能测试等。
评价指标主要包括燃烧速率、热释放量、炭化残渣率和阻燃性能等指标。
这些评价方法和指标为稀土材料的阻燃性能研究提供了有效的手段和参考。
4. 稀土材料在阻燃领域的应用由于其优异的阻燃性能和独特的特性，稀土材料在阻燃材料领域具有广阔的应用前景。
以下是一些常见的应用领域：4.1 建筑材料领域稀土材料可以被用作建筑材料的阻燃剂，以提高建筑材料的阻燃性能。
例如，在墙体、天花板和地板等构件中添加稀土材料可以有效减缓火势发展，并保障人员的生命安全。
4.2 电子电器领域稀土材料在电子电器领域中的应用也十分广泛。
稀土材料可以用于制备阻燃塑料和电子元件等，以提高产品的安全性和稳定性。
此外，稀土材料还可以用于制备阻燃涂料，以保护电子电器产品在高温环境下的稳定性。
稀土高分子发光材料的研究进展
料、 特种功能材料 、 生物 、 医学等领域的应用前景 愈来愈引起化学家 、 材料学家的重视 ,本文就上述 问题进行了评述 .
作者简介 : 陈仲清 (1963 - ) ,男 ,湖南衡阳人 , 南华大学化学化工学院高级工程师 , 湖南大学化学化工学院硕士研 究生 . 主要研究方向 : 稀土高分子发光材料的研究 .
第 18 卷第 4 期 2004 年 12 月
南华大学学报 ( 自然科学版) Journal of Nanhua University( Science and Technology)
Vol. 18 No. 4 Dec. 2004
文章编号 :1673 - 0062 (2004) 04 - 0049 - 04
50
南华大学学报 ( 自然科学版) 2004 年 12 月
1 稀土高分子发光材料的合成
1. 1 掺杂型稀土高分子材料的制备
把有机小分子稀土配合物通过溶剂溶解或熔 融共混的方式掺杂于高分子体系中 ,一方面可以提 高配合物的稳定性 ,另一方面可以改善稀土的荧光 性能 ,制备的材料具有良好的发光性能. 20 世纪 80 [5 ] 年代初 ,美国 Okamoto Y 等 采用该方法制备出了 几个系列的发光稀土高分子配合物 ,所用高分子化 合物包括含羧基或磺酸基的聚合物 ( 如苯乙烯 - 丙 烯酸、 甲基丙烯酸甲酯 - 甲基丙烯酸、 苯乙烯 - 马 来酸 ( PSM) 等共聚物 ,部分羧化或磺化的聚苯乙烯 ( CPS 或 SPS) ) ;含β二酮结构的聚合物 (如聚芳基β 二酮) ;部分被羧芳酰基 ( 如 2 - 羧基苯甲酰基、 3) 羧基 - 2 - 萘甲酰基等 取代的聚苯乙烯等 . 研究结 果表明 ,掺杂型稀土高分子配合物的荧光强度随稀 土离子含量的增加而增强 ,达到某一最大值后 ,则 呈现明显的减弱趋势 ,即出现浓度猝灭现象 . 对于 3+ 掺杂型铕高分子配合物 ,除 PSM 配合物 Eu 的质 3+ 量分数可达 15 % ,CPS 和 SPS 配合物 Eu 的质量分 数可达 8 %外 , 其余配合物在 Eu 的质量分数达 4 %～5 %时即发生浓度猝灭现象 . 这是因为稀土离 子具有丰富的 5d 和 4f 轨道 ,配位数较高 ,以这种掺 杂方式合成的稀土高分子配合物中稀土离子的配 位数得不到满足 ,因而发生稀土离子聚集 ,而且稀 土离子浓度越高 ,就有越多的配位结构单元和多重 稀土离子聚集成离子簇 ,使稀土离子相对集中 ,稀 土离子间的距离减少 ,其相互作用加强 ,造成稀土 的荧光猝灭 . [6 ] 王洪祚等 以丙烯酸丁酯 - 丙烯酸共聚物 ( 聚 合 物 中 羧 基 摩 尔 分 数 占 13. 5 % , 中 和 度 3+ 100 %) 制备的稀土高分子配合物 , 其 Tb 的摩尔 分数为 3 %～ 4 % , Eu 的摩尔分数为 4 % ～ 5 % 时 ,稀土高分子配合物荧光强度达到极大值 ,摩尔 分数再升高则发生浓度猝灭现象 . 掺杂型稀土高分子材料的制备工艺较简单 , 生产成本较低 ,在许多方面应用广泛 . 但由于稀土 配合物在聚合物基质中存在分散性不佳 、 易与基 质发生相分离等缺点 , 因而导致掺杂型稀土高分 子材料稳定性差 ,荧光分子间发生浓度猝灭 ,荧光 强度降低 ,荧光寿命下降 .
《2024年稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中发光性能的研究》范文
《稀土元素铕钐在Sr9Y（PO4）7材料中发光性能的研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，稀土元素在许多领域中的应用日益广泛。
稀土元素铕（Eu）和钐（Sm）作为稀土元素中的重要成员，其发光性能的研究成为了众多科研工作的焦点。
而将稀土元素与某些基质材料结合使用，可以有效提升发光材料的性能，尤其是用于制作显示、照明和光电传感等设备的材料。
其中，Sr9Y （PO4）7因其稳定的晶体结构及良好的物理化学性能，成为一种理想的光学材料。
本篇论文主要针对稀土元素铕、钐在Sr9Y （PO4）7材料中的发光性能进行研究。
二、材料与方法1. 材料本实验采用Sr9Y（PO4）7作为基质材料，稀土元素铕和钐作为掺杂剂。
所有材料均为高纯度，确保实验结果的准确性。
2. 方法（1）制备：按照一定比例将稀土元素铕、钐与Sr9Y（PO4）7混合，通过高温固相反应制备出掺杂了稀土元素的Sr9Y（PO4）7材料。
（2）表征：利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对制备出的材料进行表征，确定其晶体结构和形貌。
（3）发光性能测试：采用荧光光谱仪对材料的发光性能进行测试，分析铕、钐的掺杂对Sr9Y（PO4）7材料发光性能的影响。
三、结果与讨论1. 晶体结构与形貌通过XRD和SEM表征，我们发现制备出的掺杂了稀土元素的Sr9Y（PO4）7材料具有稳定的晶体结构，且颗粒分布均匀，形貌良好。
这为后续的发光性能研究提供了良好的基础。
2. 发光性能分析（1）铕的掺杂对发光性能的影响：在Sr9Y（PO4）7中掺杂铕后，材料的发光性能得到了显著提升。
铕的掺杂使得材料在紫外光激发下发出明亮的红色荧光，且荧光强度随铕掺杂浓度的增加而增加。
然而，过高的掺杂浓度会导致荧光强度降低，这可能是由于浓度猝灭效应所致。
（2）钐的掺杂对发光性能的影响：钐的掺杂同样可以提升Sr9Y（PO4）7材料的发光性能。
与铕不同，钐的掺杂使得材料在可见光范围内发出宽谱带的荧光。
“E1稀土荧光粉的研制及产业化”通过国家验收
“E1稀土荧光粉的研制及产业化”通过国家验收
王兵
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2006(3)4
【摘要】据媒体报导，上海市稀土专项“EL稀土荧光粉的研制及产业化”项目不久前通过专家验收，此项目主要由上海比隆科技贸易有限公司承担，上海跃龙新材料股份公司及华东理工大学无机材料所协助完成，并已申请了一项发明专利。
该项目的完成将对推动我国EL器件行业的配套材料国产化、降低EL器件的生产成本具有积极意义。
【总页数】1页(P42-42)
【关键词】稀土荧光粉;产业化;国家验收;El;华东理工大学;EL器件;股份公司;上海市【作者】王兵
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】F276.6
【相关文献】
1.非球磨稀土磷酸盐绿色荧光粉的研制 [J], 彭宏博;孙日圣
2.武汉成功研制纳米稀土荧光粉 [J], 刘华
3.“多元复合稀土钨电极材料产业化”通过国家验收 [J], 张忠模
4.“El稀土荧光粉的研制及产业化”通过国家验收 [J], 王兵
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黄自成稀土研究重要的资料-
变身术
目前，稀土合金的出口不受配额的限制， 但是政府对稀土原材料有严格的出口管制 措施。所以有的人为了避免稀土原材料的 直接出口，将其简单的加工成为稀土合金， 以这种方式绕道出关。
稀土合金的生成技术本身并不复杂，企业 把稀土进行简单加工就可以达到出口的要 求了。
20
私采浪费
私人老板为了谋取眼前利益，一般都是只 挖掘富矿，根本不顾及贫矿稀土资源的流 失，稀土贫矿就被白白浪费了。
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策略(代替,重新生产,(日,美,德))
❖ 日本稀土大战策略 ❖ 危机解决第一步：3369亿日元稀土预案金 ❖ 危机解决第二步：稀土问题外交化 ❖ 危机解决第三步：研究稀土替代品 ❖ 美国稀土商半价抢生意 ❖ 德国联合会称以技术换稀土
28
我的看法
• 1。打破行政分割，就要进行行政管理体制的 改革要改变我国初级产品贸易中“高买”、 “低卖”现象，需提高我国在其价格形成中的 话语权。（涉及定价权）
4
5
6
7
8
（2）稀土概况
1.稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、 能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生 产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、 永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激 光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁 光存储材料、光导纤维材料等 被称为“工业的维生 素”与“工业黄金”，被美、日等国列为21世纪的 “战略元素” 。
第一章、有色金属板块的研究
（一）稀土板块 （二）黄金板块 （三）铜 板块 （四）铝 板块 （五）锗铅锌板块 （六）其他板块
1
第一节、稀 土 板 块
中东有石油，中国有稀土
2
本节主要内容
（1）引言 1.日常生活 2.股票行情热门话题 （2）稀土概况 （3）稀土板块相关股票分类 （4）稀土细分行业的政策与文件 （5）稀土重点股票的分析
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稀土功能材料综述黄子杰（长沙理工大学化学学院，湖南长沙 410114）摘要：稀土元素被誉为二十一世纪新材料的宝库, 因其在电、光、磁等方面具有独特性质, 故在功能材料领域获得了广泛的应用。
文章介绍了稀土磁性材料、稀土发光材料、稀土催化材料、稀土贮氢材料、稀土超导材料的研究及其应用进展。
关键词:稀土功能材料;用途;性能;分类Abstract：Rare earth element is regarded as a treasure house of new materials in twenty-first Century, because of its unique properties in electricity, light, magnetism and so on, it has been widely used in the field of functional materials. The research and application progress of rare earth magnetic materials, rare earth luminescent materials, rare earth catalytic materials, hydrogen storage materials, rare earth materials and their applications are introduced in this paper.Keywords：Rare earth functional materials；use；performance；classification功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称,即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料[1]。
它是现代高新技术的先导和基础,对它的研究、开发和应用将促进国家的科技发展水平,提高国家的综合经济实力和在高科技领域的竞争力。
被称为新材料“宝库”的稀土元素具有独特的4f电子结构,大的原子磁距,很强的自旋轨道藕合等特性,与其它元素形成稀土配合物时,配位数可在3～12之间变化,并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的。
稀土元素具有独特的光学、电学及磁学物理化学性质,使其在功能材料领域获得了广泛的应用。
本文介绍了稀土磁性材料、稀土发光材料、稀土催化材料、稀土贮氢材料、稀土超导材料的研究及其应用进展。
1 稀土磁性材料稀土磁性材料主要包括稀土永磁材料、稀土超磁致伸缩材料、稀土永磁薄膜、稀土磁致冷材料和稀土巨磁电阻材料。
1.1 稀土永磁材料因为具有远超过铁氧体、铝镍钴等传统磁性材料的磁性能,稀土永磁材料近年来发展极为迅速。
钕铁硼(NdFeB)自日本住友公司和美国通用公司发明后迅速产业化。
全世界烧结NdFeB磁体产量由1989年的765 t发展到2005年的52380t ,中国44830 t ,是全球最大的烧结NdFeB生产大国,占全球的85.6%。
据预测, 到2010年全世界烧结Nd-FeB产量将达到10万t,我国约占80%左右。
SmCo5和Sm2Co17永磁材料先于NdFeB商品化,曾被分别称为第一代和第二代稀土钴磁性材料。
它们具有较大的磁能积、高矫顽力及良好的热稳定性。
但由于钴和钐的价格昂贵,限制了它们的发展。
目前,这类永磁材料主要应用于微波管、精密测量仪表、自动导航定向陀螺仪等军工产品。
SmFeN和NdFeN等稀土铁系磁体的磁能积较低(5～12MGOe)等原因,这类磁体发展较慢,但这类磁体价格低廉,所以具有广阔的前景。
稀土永磁材料的应用几乎涉及国民经济的每个领域。
日本有47%的稀土永磁材料用于计算机硬盘的驱动器音圈电机(VCM),用于核磁共振(MRI)占13%,电机和致动器24%,通讯11%,音响2 %,其它3%。
我国稀土永磁应用分布是:CD和DVD驱器占30%,音响22%,电机和致动器16%,通讯12%,磁分离8%,脱膜器5%,磁耦合器4%,其它3%。
我国与其他国家稀土永磁材料应用领域的差距也反映我国目前稀土永磁产品与国外先进水平的差距,这些差距主要表现在:(1)磁能积较低,国外已大批量稳定生产52MGOe产品,实验室可以生产达56.7MGOE的产品。
我国实验室水平虽然也达到54.1MGOe,但能大批量稳定生产的仅为48MGOe左右的产品;(2)矫顽力低,使用温度低。
日本已能大批量生产大功率电机上使用的烧结钕铁硼磁体,其内禀矫顽力可达37kOe,磁能积达32MGOe,使用温度可达220℃;我国相应产品差距不小, 长时间稳定使用的温度低于150℃;(3)产品表面涂覆欠致密;光洁度、抗腐蚀性较差,是计算机HDD 最不能接受的。
这些差距也是我国稀土永磁材料长期不能进入计算机等高附加值领域的最重要原因之一。
1.2 稀土超磁致伸缩材料稀土超磁致伸缩材料(GMM)是一种高技术功能材料,也有人称其为“智能材料”。
它在室温下的磁致伸缩率达1500～2000μg/g ,比压电陶瓷(PZT)大5～20 倍,比镍钴合金和铁氧体磁致伸缩材料大约50倍,而且能量密度大(14000～25000 J/m3),能量转换效率高、输出功率大、响应速度快(达到μs级)等优点,受到各国的重视。
稀土超磁致伸缩材料目前多用于军事工业,如低频大功率声纳、水下通讯、海下地貌测量、声响水雷探测与引爆、火箭燃料调节与控制、空间站与卫星控制、火箭定向调节、导弹调节、激光定位系统等,能有效地提高国防、航天、航空等领域的技术装备水平,它的应用可诱发一系列的新技术、新设备、新工艺的开发, 迅速提高国民经济的竞争力。
因此,稀土超磁致材料被西方等国家列为对中国严格禁运的具有战略意义的功能材料。
1.3 稀土永磁薄膜在现代电子器件日益要求微型化的形势下,通过用高性能的永磁体块或棒材切割加工成很小的尺寸来满足相应的需要是非常困难的,而薄膜永磁材料可以像半导体那样进行微米制版,可以集成到微型传感器、微波毫米波集成电路、集成光学系统和微电子机械系统中,提供一个强的局域磁场或一组交变磁场。
它研究的薄膜材料几乎包括了所有高性能的永磁材料。
永磁薄膜应用于集成微波和磁光隔音器和电磁型微电机等,永磁薄膜的出现还将推动以微型机器人为代表的新兴学科——微电子机械系统的研发。
近10 年来,自旋电子器件的研究已有很大发展,永磁薄膜与自旋电子器材的集成将开发出新一代电子器件。
1.4 稀土磁致冷材料2010年我国将按国际公约的规定停止生产和使用严重污染环境及破坏大气臭氧层的氟利昂等氟氯碳类化合物。
因此,为冷冻机、电冰箱、冰柜及空调等寻找新的制冷介质是迫切需要解决的问题。
磁制冷是优良的制冷方法之一,与通常的压缩气体制冷方式相比,具有效率高、功耗低、噪音小、体积小、无污染等优点。
目前,美国和日本在磁致冷材料、技术和装置的研发领域居世界领先水平。
2002 年美国阿姆斯实验室研制出世界第一台能在室温下工作的磁制冷冰箱。
据此推测,在未来3～5年内,室温磁制冷技术可望在汽车空调系统中得到应用。
国外对利用稀土元素或合金,如LaFeSi、Gd80Tb20 、Gd5Si4 、Gd3Al2等磁致冷材料的磁卡效应进行了大量研究,已取得重要进展。
我国的东北大学、钢铁研究总院、南京大学、四川大学相继开展了致冷的研究。
通过对LaCaMnO材料的系统研究,获得了一些熵变较大、居里点可调、价格相对便宜的材料。
近室温磁致冷技术今后要着重解决的问题如下:(1)每次磁制冷循环降低的温度不够大;(2)热交换速度不够快;(3)解决特殊要求的绝热技术。
1.5 稀土巨磁电阻材料巨磁电阻(GMR)材料是在外磁场的作用下可显著降低电阻的功能材料,是自旋电子学的一个应用范例。
类钙钛矿RE3 -XAXMnO3 型化合物薄膜(RE代表稀土,A 为碱金属)是目前巨磁电阻材料中自旋极化率最大、最具应用前景的一种。
1988 年法国磁学物理学家发现了巨磁电阻效应,1994 年美国NVE公司首先实现了巨磁电阻材料的产业化。
NVE公司生产和销售灵敏度高、热稳定性好的巨磁电阻磁场传感器可广泛应用于电机、电子、电力、能源、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域。
1998年,IBM公司成功地将巨磁电阻效应应用于计算硬盘驱动器上的读写磁头,目前存储密度已高达56GB/平方英寸,可望将计算机硬盘容量扩大20倍。
2001年摩托罗拉公司研制出巨磁电阻随机读取存储器,该存储器预示有1000亿美元的市场容量。
我国香山科学会议已将巨磁电阻效应的研究和应用列为我国将要重点发展的七个领域之一。
中科院物理所、北京有色金属研究总院、钢铁研究总院、南京大学等单位开展了自旋电子学的研究,但目前均属实验室水平。
2 稀土发光和激光材料稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的。
由于稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性,使稀土成为发光宝库,为高科技领域特别是信息通讯领域提供了性能优越的发光材料。
稀土发光材料的优点是吸收能力强,转换率高,可发射从紫外到红外的光谱, 在可见光区域,有很强的发射能力,且物理化学性质稳定。
稀土发光材料因其激发方式不同又可分为稀土阴极射线发光材料、稀土光致发光材料、X 射线稀土发光材料、稀土闪烁体、稀土上转换发光材料及其它稀土功能发光材料。
目前,稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备等方面。
稀土发光材料用量最大的是彩电显像管、计算机显示器、稀土三基色节能灯、PDP 等离子显示屏。
彩电显像管和计算机显示器使用的稀土发光材料属阴极射线发光材料。
目前彩管中红粉普遍使用的是铕激活的硫氧化钇Y2O2S:Eu磷光体,粒度6～8μm ,计算机显示器要求发光材料提供高亮度、高对比度和清晰度,其红粉也采Y2O2S :Eu, 但Eu含量要高一些,绿粉为Tb3+激活的稀土硫氧化物Y2O2S:Tb,Dy及Gd2O2S :Tb , Dy高效绿色荧光体,粒度为4～6μm。
有消息报导说蓝粉也将由稀土发光材料取代锌、锶硫化物粉。
大屏幕投影电视的红粉也为Y2O2S:Eu ,绿粉为Tb激活的稀土发光材料如纪铝石榴石YAG:Tb(P53)和钇铝镓石榴石YAGG:Tb,大屏幕投影电视因需要高电流密度激发,外屏温度高,要求发光材料能量转换效率尽可能高,温度淬灭特性好,亮度与电流呈线性关系,电流饱和特性好,且性能稳定。
投影电视用荧光粉每年可消费数吨稀土氧化物。
PDP等离子显示屏中的稀土发光材料为电致发光材料,红色为ZnSiNdF3 、Zn-SiSmF3 和ZnSiEuF3薄膜,绿色为ZnSiTbF3 、Zn-SiErF3和ZnSiHoF3薄膜,由于蓝色发光材料Zn-SiTmF3亮度很低,因而使用了不含稀土的ZnSiAg。