[发明专利]衍生自用氮掺杂的氧化铈具有通式CeO2-x-yNx的Ce-N-O系统

说明书

技术领域

本发明的对象是一种含有铈、氧和氮的产品，其具有与二氧化铈(铈土)类似的结构和应用(作为催化剂或固体电解质)，或者涉及它的光学性能，以及它的制备。它的生产属于化学分支(chemical sector)，具体而言属于无机材料的制备，而它的应用属于能源(固体电解质)领域、传递(或输运)(催化剂)领域和电子与光学(光学性能)领域。

背景技术

氮掺杂是一种重要的用于改变氧化物性能的方法，例如，降低在光催化剂TiO₂中的紫外与可见光之间的带隙能量(Asahi，R.；Morikawa，T；Ohwaki，T；Aoki，K；Taga，Y.Science 2001，293，269)。其他的具有重要应用的氧氮化物是光催化剂TaON(Hitoki，G.；Takata，T.；Kondo，J.N.；Hara，M.；Kobayashi，H.；Domen，K.Chem.Comm.2002，1698)以及CaTaO₂N-LaTaON₂类型的黄-红颜料(Jansen，M.；Letschert，H.P.Nature，2000，404，980)。二氧化铈(CeO₂)作为在燃料电池中的固体电解质或作为在机动车中使用的三效催化剂(或三元催化剂)中的氧贮藏成份而具有重要的技术应用(参见，例如Yao，H.C.；Yu Yao，Y.F.Jour.Catálisis，86，1984，254，and Inaba，H.，Tagawa，H.Solid State Ionics，83，1996，1)。

二氧化铈的氮掺杂之前没有被公布或专利保护。仅有的已知二元氮化的(亚硝化，nitrurado)铈化合物是CeN，而仅有的已知在Ce-N-O系统(体系)中的三相(三元相，ternary phases)铈化合物是CeN_1-xO_x和Ce₂N₂O。在CeN中的固体氧溶液(或固体氧溶解)是已知的，其具有氯化钠结构及结构式CeN_1-xO_x，其中x≤0.5(Brown，R.C.；Clark，N.J.J.Inorg.Nucl.Chem.36，1974，1777)。这些固体溶液是通过CeN与CeO₂混合物在真空下在1,500℃下的反应来制备的。同样地，具有化学式Ce₂N₂O并与Ce₂O₃具有类似结构的化合物的制备已经被公布(Barker，M.G.；Alexander，I.C.J.Chem.Soc.Dalton1974，2166)。氧氮化物Ce₂N₂O的合成是由Li₂CeN₂和Li₂O或者CeN与CeO₂在真空下在1,000℃下的反应而实施(完成)的。

二氧化铈的氧传导性能或催化性能是与它的萤石(型)结构以及它对于氧的吸收和解吸容量(或能力)相关的，而这是与由Ce⁴⁺到Ce³⁺的部分可逆还原以及氧空穴的产生相联系的。在二氧化铈中用氮部分取代氧必然产生阴离子空穴以维持铈的4+氧化态，另外，如果存在由Ce⁴⁺到Ce³⁺的部分还原，则另外的氧空穴将会产生，这样使得氮化二氧化铈必须使结构式成为CeO_2-x-yN_x。在二氧化铈的萤石(型)结构中的氮引入必然改变它的氧化还原性能以及氧空穴的体系，这会影响它在其两个最重要的应用，作为催化剂或作为离子导体中的行为。另一方面，Ce³⁺的存在会导致新化合物作为发光材料的应用。

发明内容

本发明的简要描述