2 2 稀土纳米催化剂
在许多化学反应中,使用稀土催化剂,若使用稀土纳米催化剂,催化活性、催化效率将大幅提高。因为,纳米微粒尺寸小,表面所占的体积百分数大,表面的键态和电子态与颗粒内部不同,表面原子配位不全,导致表面活性位置增加,通过对纳米微粒表面形态的研究表明,随着粒径减小,表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶,从而增加了化学反应的接触面,产生高扩散通道,大大增加催化反应活性点。这就意味着稀土纳米粒子催化剂具有良好的催化效果。稀土纳米催化剂一般用在石油催化裂化和汽车尾气的净化处理方面。
将纳米氧化钕引入铝-铬催化剂组成中,制成纳米Nd2O3Al2O3-Cr2O3复合催化剂,能改变催化剂在正辛烷脱氢和脱氢环化中的选择性,如引入3%Nd2O3时铝-铬催化剂(8%Cr2O3)用共沉淀法或浸渍法制备,在500℃和体积空速时05h-1当无助催化的催化剂存在时,不饱和烃的收率为11%~13%,芳烃收率为34%~35%,带添加剂的催化剂则可生产不饱和烃15%~16%,而芳烃收率却降至15%~19%。当把2%~45%的氧化钕引入铝-铬催化剂后,环己烷脱氢时苯的收率可增加9倍。
CeO2是一种优良的催化剂,将纳米粉分散在独柱石等载体上可将汽车尾气中的H2S氧化成SO2[6];可吸附废气中的NOx、SOx和CO等有害成分,并与之发生反应;含纳米粉的催化剂可催化合成C1~C6的低级醇,将丙烯醛催化氧化成丙烯酸。
2 3 稀土纳米永磁材料
在稀土金属的晶体中,由于4f层电子受到外层5s和5p电子层屏蔽的关系,晶体场对4f电子轨道磁矩作用甚弱,甚至不起作用。所以稀土金属的原子磁矩包含有4f层电子轨道磁矩和自旋磁矩两部分的贡献,而铁元素仅有3d层电子自旋磁矩作贡献。在稀土化合物中3d和4f金属原子磁矩都对化合物的磁矩有贡献,因此其磁性能更为优良。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如铁、钴等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。
目前第三代永磁材料NdFeB磁性最高,单相Nd2Fe14B其理论磁能积(HB)mas为516kJm3,要超越此值的方法之一就是依靠纳米复合化。如高磁化的单一相α-Fe和硬磁相Nd2Fe14B复合,其饱磁化提高。当单一的反磁场加入后,晶体磁性各向异性小的α-Fe相内产生了旋转磁化。当纳米复合化后,在高磁化的强磁相内,为了控制旋转磁化,对于纳米结晶组织,硬磁相(H)Nd2Fe14B和高磁化强磁相(S)间进行了强的磁性结合[7]。在强磁体中相邻原子间,使自旋的电子方向趋向一致称为互交换作用。相邻原子间的磁矩方向不能快速变化,而保持大致的同向,并具有一定的交换长度的特性,此典型的强磁体长度仅为几个纳米。这种尺寸的纳米复合化组织是作为一个磁体起作用的。