اکسید سریم (IV) یک اکسید فلزی و به شکل پودری سفید رنگ موجود است که از دسته کاتالیست های سریم محسوب می شود. این ماده همچنین به عنوان اکسید سرو، دی اکسید سریک، سریا، اکسید سریم یا دی اکسید سریم، نیز شناخته می شود، یک اکسید از فلز نادر سریم است.
اکسید سریم، یک محصول تجاری مهم و واسطه در تصفیه عنصر از سنگ معدن است. خاصیت متمایز این ماده ، تبدیل معکوس آن به یک اکسید غیر استوکیومتری است.
از اکسید سریم (IV) برای صیقلی کردن شیشه و در روکش فیلترهای مادون قرمز برای جلوگیری از بازتاب استفاده می شود و به عنوان اکسیدان و کاتالیزور در سنتز ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می گیرد. اکسید سریم (IV) ممکن است باعث تحریک ریه ها شود. ترکیبات سریم نسبتاً سمی هستند.
خواص و مشخصات شناسایی
| خواص | مشخصات |
| شکل فیزیکی پودر سفید | فرمول شیمیایی CeO۲ |
| دانسیته (g/cm۳) ۷/۲۱۵ | وزن مولکولی (g/mol) 172/115 |
| نقطه ذوب (۰C) 2400 | شماره (CAS No) 1306-38-3 |
| نقطه جوش (۰C) 3500 | ساختار کریستالی مکعبی |
| حلالیت در آب نامحلول | نام ها: Cerium dioxide Ceria, Ceric oxide |
تولید اکسید سریم (IV)
سریم به طور طبیعی به عنوان مخلوطی با سایر عناصر خاکی کمیاب در سنگ معدن اصلی باستنیت و مونازیت وجود دارد. پس از استخراج یون های فلزی در پایه آبی، سریم با اضافه کردن یک اکسیدان و به دنبال آن تنظیم pH از آن مخلوط جدا می شود.
این مرحله از حلالیت کم دی اکسید سریم، و این واقعیت که سایر عناصر نادر موجود در زمین هم در برابر اکسیداسیون مقاومت می کنند، سوء استفاده می کند. این ترکیب با محاسبه کلسیم اگزالات یا هیدروکسید سریم تشکیل می شود. سریم همچنین اکسید سریم (III) را تشکیل می دهد که ناپایدار است و به اکسید سریم (IV) اکسیده می شود.
یک روش سنتز هیدروترمال این مادهدر سال ۲۰۰۵ میلادی منتشر شده است که در این مطالعه، پودرهای CeO۲ از نیترات سریم (III) نیترات، سریم (IV) سولفات و سریم (IV) آمونیوم سولفات در شرایط گرمابی در دمای ۱۲۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ تا ۴۰ ساعت تهیه شده اند.
در این مطالعه، اثر ترکیبات سریم واکنش دهنده، دمای تصفیه با آب گرم و غلظت محلول ها بر رشد کریستالی اکسید سریم، مورد بررسی قرار گرفته است. پودرهای اکسید سریم (IV) به صورت هیدروترمال در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ ساعت از نمک سریم (IV) سنتز شدند و دارای اندازه ذرات بسیار ریز (۳۰ آنگستروم) بوده اند.
از طرف دیگر ، پودر نمک سریم (III) اندازه ذرات نسبتاً درشتی (۱۶۰ آنگستروم) داشته است. اگرچه اندازه بلوری پودر سنتز شده از ترکیبات سریم (IV) به دمای تصفیه بستگی داشته است. مکانیسم های رشد ذرات CeO۲ در شرایط گرمابی مورد بحث قرار گرفته است که برای مشاهده جزئیات می توانید فایل مقاله را از طریق لینک منبع شماره ۲ دریافت نمایید.
طیف رامان اکسید سریم (IV)
طیف FTIR
کاربردهای اکسید سریم (IV)
کاتالیز و فعالیت سطح:
کاربرد اصلی ظهور ماده CeO۲ کاربردی در زمینه کاتالیست و فعالیت سطحی آن می باشد. واکنشی که معمولاً توسط سریم (IV) کاتالیز می شود، واکنش تغییر گاز آب است که شامل اکسیداسیون مونوکسید کربن است.
سریا به عنوان کاتالیز واکنش های مختلف تبدیل هیدروکربن از جمله تبدیل به متان شدن CO۲ و اکسیداسیون کاتالیستی هیدروکربن هایی از جمله تولوئن مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد سطحی اکسید سریم (IV) تا حد زیادی از خاصیت آبگریز بودن ذاتی آن ناشی می شود، صفتی که در بین اکسیدهای خاکی کمیاب متداول است.
آبگریزی تمایل به مقاومت در برابر غیرفعال کردن آب در سطوح کاتالیزور را دارد و بنابراین باعث افزایش جذب ترکیبات آلی می شود. آبگریزی، که به طور واضح می تواند به عنوان ارگانیسم بودن دیده شود، به طور کلی با عملکرد کاتالیزوری بالاتر همراه است و در برنامه های کاربردی شامل ترکیبات آلی و سنتز انتخابی مورد نظر است.
سنتز مستقیم متیل N-فنیل کربامات (MPC) از دی اکسید کربن (CO۲)، آنیلین و متانول کاتالیز شده توسط دی اکسید سریم (CeO۲) در حضور (n-butyllithium (BuLi انجام شده است که شماتیک آن به صورت زیر است:
با استفاده از برهم کنش های سطحی، سریا، استفاده بیشتر را به عنوان یک سنسور در مبدل های کاتالیزوری در برنامه های کاربردی خودرو پیدا می کند و نسبت اگزوز هوا را برای کاهش NOx و مونوکسید کربن کنترل می کند.
جلا دادن:
کاربرد اصلی صنعتی سریا برای صیقل دادن، به خصوص پلانیزاسیون مکانیکی شیمیایی (CMP) است. برای این منظور، بسیاری از اکسیدهای دیگر که قبلاً مورد استفاده قرار گرفته بودند، مانند اکسید آهن و زیرکونیا با این ماده جابجا شده است.
اپتیک:
اکسید سریم (IV) برای تغییر رنگ شیشه با تبدیل ناخالصی های رنگی آهنی به رنگ سبز و تبدیل به اکسیدهای آهن تقریبا بی رنگ استفاده می شود. سریم اکسید، در فیلترهای مادون قرمز به عنوان یک گونه اکسید کننده در مبدل های کاتالیزوری و به عنوان جایگزینی برای دی اکسید توریم در گوشته های رشته ای استفاده کرده است.
هدایت مختلط:
با توجه به هدایت قابل توجه یونی و الکترونیکی اکسید سریم، مناسب است که به عنوان یک هادی مخلوط مورد استفاده قرار گیرد که با ارزش قابل توجهی در تحقیقات و توسعه سلول های سوختی همراه است.
برنامه های کاربردی پزشکی:
نانوذرات اکسید سریم (nanoceria) به دلیل فعالیت ضد باکتریایی و آنتی اکسیدانی آنها مورد بررسی قرار گرفته است.
سریا در سلول های سوختی:
سریا به دلیل داشتن هدایت یون نسبتاً زیاد یون اکسیژن (یعنی اتم های اکسیژن به راحتی از طریق آن حرکت می کند) به عنوان ماده ای برای سلول های سوخت جامد اکسید (SOFCs) مورد توجه است و در دمای متوسط (C° ۶۵۰-۵۰۰) و آنتالپی کمتری در مقایسه با سیستم زیرکونیا وجود دارد.
آنتی اکسیدان:
امروزه نانو اکسید سریم (IV) به عنوان یک آنتی اکسیدان بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفته است.
منابع:
۱) www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
سریم تری کلراید چه نوع ترکیب شیمیایی است؟ خواص، تولید، کاربردها و سمیت