一、稀土催化材料的種類
眾所周知，我國稀土礦以輕稀土組分為主，其中鑭、鈰等組分約佔60%以上。隨著我國稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土拋光粉、稀土在冶金工業中等應用領域逐年擴大，國內市場對中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的鈰、鑭、鐠等輕稀土的大量積壓，導致我國稀土資源的開採和應用之間存在著嚴重的不平衡。
研究發現，輕稀土元素由於其獨特的4f電子層結構，使其在化學反應過程中表現出良好的助催化效能與功效。因此，將輕稀土用作催化材料是一條很好的稀土資源綜合利用出路。
催化劑是一種能夠加速化學反應，且在反應前後自身不被消耗的物質；加強稀土催化的基礎研究既提高生產效率，又節約資源和能源，減少環境汙染，符合可持續發展的戰略方向。
到目前為止，能夠在工業中獲得應用的稀土催化材料主要有3類，包括分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、以及鈰鋯固溶體催化材料等，見表1所示。其中分子篩稀土催化材料又可細分為中孔、微孔、介孔、以及納孔稀土催化材料等幾大類，且目前主要用於煉油催化劑。
稀土鈣鈦礦催化材料由於其製備簡單、耐高溫、抗中毒等效能優越，目前主要用作環保催化劑，也廣泛用於光催化分解水製氫、以及石油化工行業的碳氫化合物重整反應等方面。目前已開發並應用的主要有鈣鈦礦型稀土復合氧化物催化劑、以及摻雜微量***的稀土鈣鈦礦型催化劑等。
鈰鋯固溶體催化材料是應汽車尾氣淨化市場的需求發展起來的一種稀土催化材料。早期主要利用鈰的儲氧效能來調節汽車尾氣中的氧化還原反應。後來發現單一的鈰儲氧材料其永續性耐高溫效能並不能滿足日益發展的汽車尾氣催化劑的壽命要求，而新增一些鋯可明顯改善儲氧材料的抗高溫效能，從而改善催化劑的耐久性。
目前，鈰鋯固溶體催化材料不僅用於石油化工領域的各種催化過程，也廣泛用於汽車尾氣淨化、以及其它環保領域。
與傳統的***催化劑相比，稀土催化材料在資源豐度、成本、製備工藝、以及效能等方面都具有較強的優勢。目前不僅大量用於汽車尾氣淨化，還擴充套件到工業有機廢氣、室內空氣淨化、催化燃燒、以及燃料電池等領域。自20世紀90年代末以來，發達國家的環保催化劑市場一直以20%速度增長。
因此，稀土催化材料在環保催化劑產品市場，特別是在有毒、有害氣體的淨化方面，具有巨大的應用市場和發展潛力。
二、汽車尾氣淨化
近年來，隨著我國汽車產量及保有量一直呈高速增長勢態。自2023年10月以來，我國汽車產量平均增長率超過37%。2023年產量為325萬輛，2023年已達440餘萬輛。
預計2023年汽車產量將超過510萬輛。繼美國、日本、德國之後，中國2023年汽車產量已超過法國，已成為世界第四大汽車製造國。
汽車的大量使用，使我國許多城市產生了嚴重的大氣汙染。治理機動車的排氣汙染，主要依靠安裝含催化劑的三元淨化器。由於稀土催化材料可以擴大三效催化劑的操作視窗，提高淨化效率和穩定性，在汽車尾氣淨化方面已獲得廣泛應用。
在全球範圍內，僅汽車尾氣淨化方面的稀土年消耗量可達1.5萬噸reo。
目前，稀土用於汽車尾氣淨化方面包括在活性層中主要用作儲氧材料、替代部分主催化劑、以及作為催化助劑等。在分散層中主要用作改善γ-al2o3的高溫穩定性。在載體中主要用於改善機械強度和熱穩定性。
另外，汽車的電子燃油噴射系統需要的氧感測器也是由含稀土的陶瓷材料製造的。
除汽車外，我國自2023年以來，一直是世界最大的電單車製造國，電單車的年產量早已超過1000萬輛。目前對發達國家出口的電單車要求必須安裝尾氣淨化器，國內一些大中型城市已開始要求治理電單車的排氣汙染，這是稀土催化材料應用的乙個重要方面。
在柴油車的尾氣汙染治理中，目前主要依靠安裝乙個氧化淨化器來對柴油車排放的碳煙以及部分氣體汙染物進行氧化淨化治理。這是稀土催化材料應用的又乙個方面。
2023年以來，我國固定式小型燃油發動機的產量也快速增長。目前主要用於家用發電機、庭院剪草機、小型灌溉裝置、水上動力裝置、以及許多其它方面。2023年僅出口的小型燃油發動機就達1500餘萬臺。
其中部分廠商已要求安裝淨化器，這又開拓了稀土催化材料的應用新領域。
從上述稀土催化材料的應用領域看，我國稀土催化材料的用量正逐年增大。2023年，我國國內生產的汽車尾氣淨化器產量已達320餘萬套。包括催化劑、載體、以及氧感測器所消耗的各類稀土，總稀土用量達910餘噸。
預計到2023年，我國汽車尾氣淨化器的市場需求將超過550萬套，總稀土消耗量將達1560餘噸。
三、工業有機廢氣治理
目前的大氣汙染物主要來自機動車排放的尾氣，以及工業過程排放的有機廢氣等。如何針對這幾種汙染氣體的成分特點，研究有效的催化材料是當前汙染治理的關鍵所在。與此同時，隨著生活水平的提高，室內空氣汙染也已成為都市居民所擔心的關鍵。
因此，工業有機廢氣的催化治理技術，以及室內空氣淨化是近年來稀土催化研究最為活躍的領域之一。目前，利用稀土催化技術治理工業有機廢氣的工作主要集中在揮發性有機廢氣治理、煙氣脫硫、燃燒過程脫氮、奈米tio2光催化稀土改性、以及焦化汙水催化淨化等方面。
目前，在有機塗料、工業溶劑、粘合劑、製衣、製鞋、以及許多與有機溶液生產與使用的行業，工業有機廢氣的汙染很嚴重。國內外的實踐證明，治理工業廢氣和室內空氣淨化，催化氧化技術是最有效的技術措施。2023年以來，美國工業有機廢氣淨化用催化劑的銷售額一直以年平均20%～25%的速度增長。
我國是化學品生產的大國，其中95%以上的廢氣尚未治理。稀土催化材料由於其良好的催化效能，獨特的低溫活性，優越的抗中毒能力，在有機廢氣治理方面已顯示出越來越優越的開發應用前景。其中稀土復合中孔催化材料具有大表面積、合適孔徑分布、結構穩定等特點，已經成為工業有機廢氣淨化中最有前景的催化材料之一。
此外，通過奈米水平的設計，開發出先進的稀土催化材料，可以在降低90%***用量的情況下仍能保證催化淨化效率提高1倍。
稀土具有複雜的能級結構和光譜特性，對奈米tio2進行摻雜改性，可有效提高光催化的效率，是最具希望解決可見光利用率的技術之一。研究表明，在可見光下利用奈米tio2的光催化與稀土催化材料的低溫催化氧化復合，被認為是最有希望的、可大規模應用於人居環境淨化的有效方法。
四、催化燃燒
在20年之內，煤和石油在我國能源結構中仍將佔主導地位。傳統的燃燒方式燃燒溫度高，超過1500℃，在這個溫度下燃燒很容易產生氮氧化物，增加全球溫室效應。另外，燃燒效率低，噪音高，且一些廉價燃料不能廣泛應用。
利用催化燃燒技術可改變燃燒方式，提高燃燒效率，降低燃燒溫度，減少nox的形成，且燃燒過程中噪音低，廉價燃料也可大量應用，具有高效節能、環境友好等優點，是燃燒技術的未來發展方向。據有關資料介紹，利用催化燃燒技術可提高熱效率64%，燃燒效率可達99.5%，節能效果達15%以上。
我國現有近40套煉油裝置，年加工**超過2億噸。另外，燃煤電廠，工業鍋爐、以及民用取暖等，年消耗能源超過14億噸標準煤。採用催化燃燒技術，其節能效果將相當可觀。
另外，2023年我國燃氣式熱水器產量達7600萬台，利用催化燃燒技術，也可提高民用燃料的燃燒效率。因此，催化燃燒技術在天然氣發電、工業熱源和民用等方面有巨大的發展潛力。
目前，用於催化燃燒的主要是稀土催化材料，具有**便宜、原料易得、耐高溫效能好等優勢。特別是利用分子組裝技術製備稀土催化材料，使稀土及其活性組分在高溫下具有較好的穩定性，是促進催化燃燒的發展方向。其中稀土基鈣鈦礦、六鋁酸鹽等稀土復合氧化物在天然氣高溫催化燃燒應用方面更具有良好的發展前景。
五、燃料電池
燃料電池能量轉化效率高，汙染物超低或零排放，是21世紀高效、低汙染的綠色能源。預計到2023年，燃料電池技術可在大型電站、新型分布式電站等方面形成超過3000億美元的龐大市場。
稀土氧化物具有良好的離子和電子導電性，對改善固體氧化物燃料電池的效能有著無法取代的作用。通過選擇合適的氧化物組成，可提高電極材料的離子導電率，降低氧還原的活化能。通過研究組成、結構與導電性的關係以及摻雜離子的形態，來設計、合成新型結構的復合稀土氧化物，獲得高電催化活性和高電導率的稀土電極材料，是固體氧化物燃料電池目前的研究熱點。
六、展望
1.針對能源和環保領域的特點，發展具有自主智財權的高效能稀土催化材料，促進稀土資源的高效利用，是解決稀土資源平衡利用的關鍵。
2.我國正處於****大發展時期，將稀土催化材料用於汽車尾氣淨化，既保護環境，又擴大稀土應用，是把稀土資源優勢轉化為經濟優勢的乙個重要途經。
3.將稀土催化材料用於工業有機廢氣汙染治理和人居環境淨化，是推動稀土催化應用的動力之一。
4.稀土催化燃燒既提高燃燒效率，節約能源，又減少氮氧化物排放，保護環境，必將成為稀土催化的乙個新興領域。
5.稀土催化材料用於固體氧化物燃料電池是稀土在能源領域中的乙個重要應用。
稀土在催化劑的應用
一 前言 石油煉製與化工是稀土應用的乙個重要領域，也是使用並消耗稀土的大戶之一。在石化工業中，催化技術占有極其重要的地位，稀土主要被用於製備含稀土的催化劑，應用在各種催化反應過程之中。在石油煉製方面，由於我國的 偏重，用蒸餾的方法只能得到約30 的輕質油。剩下的重質油可通過二次加工，進一步獲得汽油和...
奈米光催化材料研究進展
半導體在光激發下，電子從價帶躍遷到導帶位置，以此，在導帶形成光生電子，在價帶形成光生空穴。利用光生電子一空穴對的還原氧化效能，可以降低周圍環境中的有機汙染以及光解水製備h2和02。常見的光催化材料多為金屬氧化物或硫化物，如tio2 zno cds及pbs等。但由於光腐蝕和化學腐蝕強 難溶解，實用性好...
半導體光催化製氫的進展
能源材料 課程 題目 半導體光催化水解製氫的進展 指導教師 毛景 學生姓名 朱永坤學號 20130800830 專業建築結構及功能材料 院 系材料科學與工程 2016年 6月 8 日 關鍵詞 半導體 光催化 太陽能 電解水 製氫 改性。引言 在上課過程中老師講到的新能源汽車當中的氫燃料池汽車讓我對氫...