Eigenschaften und Anwendungen

Seltene Erden © chombosan / fotolia.comSeltene Erden © chombosan / fotolia.comCerdioxid (CeO2) ist ein Oxid des Seltenerd-Metalls Cer (chemisches Symbol Ce), das der Lanthaniden-Gruppe zugehört. Technisches CeO2 liegt allgemein als mikro- oder nanoskaliges weißes bis schwach gelbliches Pulver vor.

Anwendung findet Cerdioxid als Antireflexbeschichtung für Infrarotfilter und beim Bau von Farbfernsehröhren eingesetzt. Zusammen mit Cobalt dient es der Fertigung leistungsfähiger Magnete. Da Cerdioxid bei Erwärmung stark leuchtet, wird es in Kombination mit anderen Seltenerdmetalloxiden in Glühstrümpfen verwandt, die die Lichtausbeute von Gaslampen deutlich verbessern. Zudem wird Cerdioxid traditionsgemäß beim Schleifen und Polieren von Gläsern eingesetzt, z. B. bei der Fertigung von Flachbildschirmen bzw. von Linsen für Handy-Kameras oder die Laseroptik von CD-Spielern.

Ein großer Markt für nanoskaliges CeO2 ist das Reinigen und Polieren von Silicium-Wafern, wie sie in großen Mengen in der Elektronikindustrie für hochmoderne Chipsysteme oder für Solarzellen benötigt werden. CeO2 reagiert mit dem zu bearbeitenden Material, so dass es extrem fein dosiert abgetragen werden kann. Es ermöglicht so die Herstellung ultra-glatter Oberflächen, die die Voraussetzung für die Miniaturiserung von Schaltkreisen darstellt. CeO2 stellt zusammen mit Aluminiumoxid das Material der Wahl beim chemisch-mechanischen Polieren (CMP) dar [5].

Nanoskaliges Cerdioxid wird zudem u. a. in Autoabgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hier dient es dazu, eine Sauerstoff-Speicherfunktion zur Verfügung zu stellen. Es oxidiert Kohlenstoffmonoxid und überschüssige Kohlenwasserstoffe auch dann noch zu CO2, wenn im Abgasgemisch kurzzeitig Sauerstoffmangel auftritt. Dabei wird CeO2 zu Ce2O3 reduziert, das später wieder zurück oxidiert wird, sobald wieder genügend Sauerstoff im Abgas vorhanden ist. Neben dem Einsatz in Abgaskatalysatoren, wo es gegenüber dem deutlich aktiveren, jedoch auch teureren, Platin nur eine Unterstützerrolle einnimmt, ist auch eine unmittelbare Zugabe zum Kraftstoff vorgesehen. Die Cerdioxid-Nanopartikel sollen zu einer Verminderung des Verbrauchs sowie der Rußpartikelemission von Dieselmotoren führen [4,6,7].

In Brennstoffzellen werden mit weiteren Seltenerdmetalloxiden beschichtete CeO2-Nanopartikel eingesetzt um die Sauerstoffionenleitfähigkeit zu verbessern und somit niedrigere Betriebstemperaturen zu ermöglichen.

Ebenso stellt Nano-CeO2 einen idealen UV-Absorber dar und wird deshalb als Additiv in Lacken und Beschichtungen für Holzschutzanwendungen verwandt, um deren UV-Stabilität zu steigern.

Cerdioxid ist als nanometergroßes Pulver nicht selbstentzündlich. Auch als fein verteilte Mischung mit Luft (Staub) unter Einwirkung einer Zündquelle ist Cerdioxid nicht entzündlich, also besteht keine Möglichkeit einer Staubexplosion.

 

Natürliches Vorkommen und Herstellung

Cer, nach dem Planeten Ceres benannt, kommt in der Natur relativ häufig in Mineralien wie Cerit, Monazit oder Bastnäsit vor. Mit Sauerstoff setzt es sich leicht zu Cerdioxid (CeO2) um. Neben CeO2 bildet Cer die Oxide Ce2O3 und C3O4[1]. Cerdioxid wird gewöhnlich durch Oxidation von Cerhydroxiden oder Cercarbonaten hergestellt.

 

NanoCare - Datenblätter

 

Literatur arrow down

  1. D'Ans, J. (1998). Taschenbuch für Chemiker und Physiker, Band III, 4. Aufl., 1998, Springer Verlag, ISBN 3-540-60035-3.
  2. Wikipedia (DE): Cerdioxid (Stand letzter Zugang: Feb 2011).
  3. Roempp-online.de (DE).
  4. Technology Review (2006). Wenn Diesel auf Nanopartikel trifft. Peter Fairley, 13.09.06.
  5. Gutsch, A et al. (2005), Chemie Ingenieur Technik, 77(9): 1377-1392.
  6. Sajith, V et al. (2010), Adv Mech Eng, 2010 1-6.
  7. Selvan, V et al. (2009), ARPN Journal of Engineering & Applied Sciences, 4(7). (PDF)