Eigenschaften und Anwendungen

Cerdioxid (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 Ceroxid 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 Ceroxid-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.

 

Natürliches Vorkommen und Herstellung
 

Cer, nach dem Planeten Ceres benannt, kommt in der Natur relativ häufig in Mineralien wie Cerit, Monazit oder Bastnäsit vor (28. Stelle in der Elementhäufigkeit). 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 -carbonaten hergestellt.
 
 

NanoCare - Datenblätter zum Download
 

Datenblatt-Ceroxid1.pdf
Datenblatt-Ceroxid2.pdf
Datenblatt-Ceroxid3.pdf
Datenblatt-Ceroxid4.pdf
Datenblatt-Ceroxid5.pdf

 
 

Literatur

1. Taschenbuch für Chemiker und Physiker, Band III, 4. Aufl., 1998, Springer Verlag
   
2. Wikipedia: Cerdioxid
   
3. RÖMPP Online, Version 3.6
   
4. Technology Review: Wenn Diesel auf Nanopartikel trifft, Peter Fairley, 13.09.06
   
5. Von der technischen Entwicklung zum erfolgreichen nanotechnologischen Produkt, Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, No. 9, 1377-1392
   
6. V. Sajith, C. B. Sobhan, and G. P. Peterson, “Experimental Investigations on the Effects of Cerium Oxide Nanoparticle Fuel Additives on Biodiesel,” Advances in Mechanical Engineering, vol. 2010, Article ID 581407, 6 pages, 2010.
   
7. Effects of cerium oxide nanoparticle addition in diesel and diesel-biodiesel-ethanol blends on the performance and emission characteristics of a CI engine, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 4, No. 7, September 2009.