산화세륨(Cerium Oxide),ceria

산화세륨(III), (Cerium(III) Oxide)

화학식 : Ce2O3, 분자량 : 328.24 g/mol, 밀도 : 6.2 g/cm3, 금황색의 고체이며 결정구조는 hexagonal이다.

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산화세륨(IV), (Cerium(IV) Oxide)

화학식 : CeO2, 분자량 172.1 g/mol, 밀도 7.215 g/cm3 이다. 결정구조는 cubic이다.

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특성

산소가 부족할 때는 산화세륨(IV)가 일산화탄소에 의해 산화세륨(III) 산화물이 된다.

2CeO2 + CO → Ce2O3 + CO2

이와 반대로 산소가 많으면 산화세륨(III)이 산화세륨(IV)가 된다.

2Ce2O3 + O2 → 4CeO2

산화세륨(III)은 약 1,400 °C(2,550 °F)에서 수소 존재하에서 환원과정을 통해 만들어지나, 상온에서 산화세륨(IV)로 다시 산화된다. 높은 전자 및 이온 전도도를 가지고 있으며, 항균특성이 있다고도 알려져 있다.

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그림. 산화세륨(Cerium Oxide) 분자구조, 좌측 : 산화세륨(III), 우측 : 산화세륨(IV), 출처 : wikipedia.org

 

 

 

용도

촉매적 특성

세륨(III) 산화물은 자동차 배기가스 내에서 CO 및 NOx의 산화를 위한 촉매로 활용된다.또한 산화세륨은 디젤 연료의 연료 첨가제로 사용되어 연비가 증가하고 탄화수소입자물질을감소시킨다. 산화세륨(IV)의 표면은 희토류 금속 특유의 성질로 소수성이 강해 유기 화합물의 흡착이 잘되며, 이것은 촉매로 활용되게 하는 주요한 특성 중 하나이다.

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물분해 촉매

산화세륨(III) → 산화세륨(IV)의 변환과정에 의해 물을 산소와 수소로 분해시켜 수소를 생산할 수 있다. 비슷하게 이산화티타늄 등을 대체할 광촉매 재료로 연구되기도 한다.

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형광체/광학특성

산화주석(IV)(SnO2)과 결합된 산화세륨(III) 산화물은 320nm의 파장으로 빛을 흡수하고 412nm의 파장으로 빛을 방출하는 자외선 형광체이다. 그 외에 높은 자외선 차단율과 가시광선 투과특성으로 디스플레이 등에서 자외선 차단 코팅, 적외선 필터 등으로 사용된다.

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연마제, 폴리싱(Polishing) 등

또한 반도체 등의 표면의 물리화학적 평탄화(chemical mechanical polishing, CMP)소재로 많이 사용된다. 자동차용 표면 연마제 등으로도 다양하게 활용되는 편이다.

또한 산화세륨(IV)는 녹색 철 불순물을 거의 무색에 가까운 철산화물로 바꾸어 유리를 탈색시키는 데 사용된다. 도핑된 세륨은 높은 산소이온 전도성을 보여 연료전지(solid oxide fuel cells (SOFCs)) 분야에서도 많이 연구되는 편이며, 나노입자 항균물질로도 연구된다.