酸化セリウム(IV)
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酸化セリウム(IV) | |
別称 二酸化セリウム セリア | |
| 識別情報 | |
| CAS登録番号 | 1306-38-3  , 12014-56-1（一水和物）
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| PubChem | 73963 |
| ChemSpider | 8395107
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| 特性 | |
| 化学式 | CeO2 |
| モル質量 | 172.115 g/mol |
| 外観 | わずかに吸湿性を持つ、白色ないし淡黄色の固体 |
| 密度 | 7.215 g/cm3 |
| 融点 |
2400 °C |
| 沸点 |
3500 °C |
| 水への溶解度 | 不溶 |
| 構造 | |
| 結晶構造 | 立方晶 (蛍石)[1] |
| 関連する物質 | |
| 関連物質 | 酸化セリウム(III) 酸化トリウム(IV) |
| 特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 | |
酸化セリウム(IV)（さんかセリウム よん、英: cerium(IV) oxide）は、化学式が CeO2 と表されるセリウムの酸化物である。希土類酸化物の一つ。セリアとも呼ばれる。研磨剤、触媒、燃料電池、日焼け止めに使われる。
重要な化学品であり、鉱石から元素セリウムを精製するときの中間体として生じる。 際立った特徴として、不定比化合物への可逆的変化がある[2]。
生産
天然のセリウムはバストネサイトやモナズ石から、その他の希土類元素との混合物として産出する。塩基性水溶液に抽出したのち、酸化剤を加え、pHを調節してセリウムを分離する。これは、酸化セリウム(IV)の低い溶解度と、その他の希土類元素が酸化されないことを利用した手法である[2]。
酸化セリウム(IV)はシュウ酸セリウムまたは水酸化セリウムの焙焼で得られる。
その他のセリウムの酸化物には酸化セリウム(III) (Ce2O3)があるが、不安定で、酸化されて酸化セリウム(IV)になる[3]。
構造と格子欠陥の特性
酸化セリウム(IV)は蛍石構造をとり、8配位のCe4+、4配位のO2-を持ち、その空間群はFm3m (#225)である。
高温では、酸素を放出し、蛍石構造を保ちながらアニオンが格子欠陥した不定比化合物となる。その組成はCeO(2-x) (0 < 酸化セリウムは自動車の排気ガスを分解する三元触媒のセンサーに用いられる。空燃比を調節し、NOxや一酸化炭素を減らすのに役立つ。
混合伝導体
優れたイオン性と導電性から、イオン・電子混合伝導体としての応用が期待されている[13]。
研究
燃料電池
酸化セリウム(IV)は、500–650 °Cという中間的な温度において酸化物イオンの高いイオン伝導性をもち、ジルコニア系よりも生成エンタルピーが低いことから、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の素材として注目されている[14]。
熱化学水素製造
酸化セリウム(IV)–酸化セリウム(III)サイクルまたはCeO2/Ce2O3サイクルは、水を還元し水素を得る熱化学的な二段階プロセス（熱化学水素製造）である[15]。
外用剤
酸化セリウムは、日焼け止めの成分として、紫外線を遮断する目的で酸化チタンや酸化亜鉛の代替として注目されている[16]。人体への影響は完全には解明されていない[17]。
参考文献
- ^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8
- ^ a b c d Klaus Reinhardt and Herwig Winkler in "Cerium Mischmetal, Cerium Alloys, and Cerium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a06_139
- ^ Thermodynamic data
- ^ Defects and Defect Processes in Nonmetallic Solids By William Hayes, A. M. Stoneham Courier Dover Publications, 2004
- ^ Bulfin, B.; Lowe, A. J.; Keogh, K. A.; Murphy, B. E.; Lübben, O.; Krasnikov, S. A.; Shvets, I. V. (2013). “Analytical Model of CeO2 Oxidation and Reduction”. The Journal of Physical Chemistry C 117 (46): 24129–24137. doi:10.1021/jp406578z.
- ^ Ghillanyova, K; Galusek, D (2011). “Chapter 1: Ceramic oxides”. In Riedel, Ralf; Chen, I-Wie. Ceramics Science and Technology, Materials and Properties, vol 2. John Wiley & Sons. ISBN 978-3-527-31156-9
- ^ Munnings,, C; SPS Badwal; D Fini (2014). “Spontaneous stress-induced oxidation of Ce ions in Gd-doped ceria at room temperature”. Ionics 20 (8): 1117–1126. doi:10.1007/s11581-014-1079-2.
- ^ Badwal, SPS; Daniel Fini; Fabio Ciacchi; Christopher Munnings; Justin Kimpton; John Drennan (2013). “Structural and microstructural stability of ceria – gadolinia electrolyte exposed to reducing environments of high temperature fuel cells”. J. Mater. Chem. A 1 (36): 10768. doi:10.1039/C3TA11752A.
- ^ Properties of Common Abrasives (Boston Museum of Fine Arts)
- ^ MFA Materials database.
- ^ Cerium dioxide. nanopartikel.info
- ^ グリーンウッド, ノーマン; アーンショウ, アラン (1997). Chemistry of the Elements (英語) (2nd ed.). バターワース＝ハイネマン. ISBN 978-0-08-037941-8。
- ^ “Mixed conductors”. Max Planck institute for solid state research. 2016年9月16日閲覧。
- ^ “Electrical conductivity of the ZrO2–Ln2O3 (Ln=lanthanides) system”. Solid State Ionics 121: 133–139. doi:10.1016/S0167-2738(98)00540-2.
- ^ Hydrogen production from solar thermochemical water splitting cycles. solarpaces.org
- ^ Parwaiz, Shaikh; Khan, Mohammad Mansoob; Pradhan, Debabrata (2019). “CeO2-based nanocomposites: An advanced alternative to TiO2 and ZnO in sunscreens”. Materials Express 9 (3): 185–202. doi:10.1166/mex.2019.1495.
- ^ Ortiz, E.; Martínez-Gómez, L.; Valdés-Galicia, J.F.; et al (2019). “Skin protection against UV radiation using thin films of cerium oxide”. Radioprotection 54 (1): 67–70. doi:10.1051/radiopro/2019002.
外部リンク
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