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掺杂纳米氧化铈紫外屏蔽材料的表征与性能艳，侯永可，龙志奇*，黄小卫，崔大立戴(北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心有研稀土新材料股份有限公司，北京100088)摘要:采用共沉淀法制备了氟锶、氟钙掺杂的纳米氧化铈。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-vis)光谱对所制备样品的物相组成、晶粒大小、形貌、紫外屏蔽性能进行了表征。XRD分析表明，氟锶、氟钙阴阳离子共掺杂的CeO2为立方萤石结构，共掺杂阴阳离子使CeO2的晶格常数增大。SEM结果表明，掺杂后的氧化铈均为球形纳米颗粒团聚物。紫外可见(UV-Vis)光谱表明，共掺杂氧化铈的紫外吸收边红移，紫外屏蔽性能增强。关键词:掺杂氧化铈;晶格常数;紫外屏蔽性能;稀土中图分类号:TQ133．3文献标识码:A文章编号:1000－4343(2011)02－0195－06紫外线对人类的危害已引起人们的广泛关注，研制各种紫外屏蔽材料已成为研究热点［1］。从有效成分上看，紫外屏蔽剂分为有机、无机两大类。与有机类紫外屏蔽剂相比，无机类紫外屏蔽剂具有对皮肤刺激性小、不易分解、热稳定性好、屏蔽范围宽等优点［2，3］。目前可作为紫外屏蔽剂的无机材料有纳米TiO2、纳米ZnO、纳米CeO2、纳米化铈的晶格结构进行修饰，增大阳离子与阴离子的半径比，使其更接近稳定的八配位结构的理想值0．732，并研究由共掺杂造成的晶格常数和紫外屏蔽性能的变化。11．1实验试剂与仪器实验原料:碳酸铈(CeO2≥45%，CeO2/ΣREO［4～16］Al2O3、纳米MgO、纳米FeO等，其中应用较多的是纳米TiO2、纳米ZnO和纳米CeO2。由于纳米TiO2、纳米ZnO存在光催化性能强、折射率高、对可见光的透过性差等缺点，极大地限制了它们在紫外屏蔽材料领域的应用，相对而言，纳米氧化铈因其光催化性能低，可见光折射系数小于TiO2和ZnO，可见光透过性强等优点而成为理想的紫外≥99．99%)，硝酸，硝酸钙，硝酸锶，氢氧化钠，氟化铵，碳酸铵，(30%(质量分数))双氧水，无水乙醇，以上原料均为分析纯。实验设备:JJ-1A型精密定时电动搅拌器;SHB-B95A型循环水式多用真空泵;DHG-9245A型电热恒温鼓风干燥箱;KSS-1400℃高温节能电炉。1．2粉体的制备用浓硝酸溶解碳酸铈，配制成一定浓度的硝酸铈溶液待用。样品制备如下所述:屏蔽材料［17］。但是，纯的纳米CeO粉体呈黄色，2且具有较强的氧化催化活性，故而限制了纳米CeO2的实际应用。近年来，采用阳离子掺杂或表面改性处理等手段［16～30］，稳定CeO中Ce－O的氟锶共掺杂氧化铈的制备:(1)根据掺杂量的2八配位结构，由电荷平衡造成晶格中氧的缺陷，从而使粉体呈白色，并在一定程度上降低了氧化催化活性，使纳米氧化铈在紫外屏蔽材料领域的应用范围得到了拓宽，但仍未完全克服其缺点。本研究工作采用半径小于O2－的F－、半径大于Ce4+的Sr2+或Ca2+，以阴阳离子共掺杂的方式，对纳米氧不同称取一定量的硝酸锶，溶于硝酸铈溶液中，搅拌溶解后得锶铈金属离子混合溶液A;(2)称取一定量的氟化铵溶于碳酸铵溶液中，搅拌溶解得溶液B;(3)将锶铈金属离子混合溶液A恒速滴入溶液B中，搅拌并陈化22h;(4)将所得浆料抽滤、去离子水洗涤、干燥，于1000℃焙烧4h后即得氟收稿日期:2010－12－28;修订日期:2011－01－20基金项目:北京市自然科学基金(2092014)，北京市“优秀人才”资助作者简介:戴艳(1985－)，女，硕士研究生;研究方向:稀土功能材料*通讯联系人(E－mail:longzhiqi@vip．163．com)196中国稀土学报29卷锶共掺杂的氧化铈粉体。氟钙共掺杂氧化铈的制备:2结果与讨论(1)根据掺杂量的不同称取一定量的硝酸钙，溶于硝酸铈溶液中，搅2．1结构和组成对于每个样品，X射线衍射图能分析相纯度和拌溶解得钙铈金属离子混合溶液;(2)将一定浓度的NaOH溶液滴入钙铈金属离子混合溶液中，搅拌。待pH＞12后，滴加适量双氧水(30%(质量分数))测算晶胞参数。图1为氟锶共掺杂氧化铈的XRD图谱。由图1可知，当掺杂量取10%Sr+20%F(即编号为SF6的样品)时，出现氟化锶单相，当掺杂量在这个值以下时，所制备的样品为单一立方萤石结构的氧化铈晶体(所属空间群为Fm3m)，且晶化得很好。图2为氟钙共掺杂氧化铈的XRD图谱。由图2可知，当掺杂量取20%Ca+40%F(即编号为CF6的样品)时，出现氧化钙单相，而在这个值以下的样品均为单一立方萤石结构的氧化铈晶体(所属空间群为Fm3m)，结晶度良好。将三价铈氧化成四价铈，搅拌并陈化20h［30］;(3)加入一定量的氟化铵，搅拌2h;(4)将所得浆料抽滤、去离子水洗涤、干燥，于1000℃焙烧4h