前言：

"稀土作为我国最重要的战略资源之一，因其丰富的光、电、磁和化学等特殊性能，已广泛应用于现代科学技术的各个领域，诸如信息、自动化、能源环保、生物和新材料等高新技术领域以及石油化工、农业、冶金等传统领域。稀土元素的实际应用始于催化剂，时至今日，稀土材料在催化反应中的应用已是整个稀土材料应用中最为广泛的领域。以催化材料为核心的催化科学和技术是现代化学工业发展的基础，每一代新型、高效、环保催化材料的发现与发展，都是化学工业跳跃式发展的重要驱动力。因此，催化材料的研究一直以来都是化学化工和材料科学研究最热门的重要领域之一。

稀土元素具有独特的电子层结构，表现出稳定的化学性质、可变的化学价态、多样的配位形式和表面酸位等特点。与传统催化材料相比，稀土元素不仅自身具有催化活性，而且还可作为添加剂或助催化剂以提高催化性能。稀土催化材料根据组成可分为稀土掺杂催化剂、稀土复合氧化物催化剂、稀土贵金属催化剂和稀土沸石催化剂等。催化剂中稀土元素的存在可以提高催化剂的机械强度、提高晶格氧的活动能力、提高催化剂储释氧能力、提高活性金属在载体上的分散度、阻碍活性金属烧结的同时提高催化剂热稳定性等，以上特性均使催化剂性能得到显著改善。因此，稀土催化材料的应用已涵盖石油化工催化反应、催化燃烧、汽车尾气排放控制、工业废气净化、光催化和电催化等众多领域，涉及国民经济和人民生活的方方面面。

当前，我国正处于由长期以来的“高碳型”能源结构向绿色低碳化转型的关键时期。大力开发稀土在催化材料领域中的应用，进一步提高煤炭等传统化石能源的清洁高效利用水平，促进新能源材料的开发，对推动稀土、环境和新能源等相关高新技术产业群的跨越式发展、提升我国在高附加值战略稀土材料上的国际竞争力、实现社会经济的可持续发展等方面具有十分重要的战略意义。鉴于上述原因，作者集多年教学、科研等经验，主要针对稀土材料在催化领域的应用和国内外最新研究现状编写了此书。本书简要介绍了稀土在自然界中的存在状态、矿物学特征和稀土精准测定分析方法。在此基础上，通过大量的资料查阅和调研，总结了稀土催化在石油化工、汽车尾气净化、工业废气净化、人居环境净化和电催化等领域的应用，阐述了稀土催化材料在各种催化剂中的存在形式、催化反应机理、主要影响因素及其国内外发展现状。本书旨在为从事稀土材料、催化材料、无机非金属材料、环境工程、新能源、表面物理与化学等领域的科研人员和技术人员提供参考，也可供高等学校化学和材料科学等相关专业的师生参阅。

全书分为7章，第1章介绍了稀土材料在自然界中的存在状态、基本特征、测定分析方法和稀土材料的催化应用简介，第2～7章分别阐述了稀土催化材料在催化裂化反应、催化燃烧反应、汽车尾气净化、工业废气净化、光催化反应和电催化反应中的应用、作用机理和国内外最新研究现状。本书由南昌航空大学的罗一丹博士和薛名山博士共同撰写。在本书撰写过程中，郑傲峰、韩玉、袁锋、周东鹏、贾宇、王勇虎、江汉文、程伊参与了部分工作，俞星星、李坚参与了部分修改校对。

本书的出版得益于南昌航空大学科研成果专项资助基金和国家自然科学基金（11864024和51662032）的共同资助，在此致以真挚的谢意。

由于笔者能力有限，书中难免存在疏漏之处，殷切希望广大专家和读者朋友给予批评指正。

罗一丹，薛名山

2020年10月

目录：

"第1章绪论/001

1.1稀土材料简介001

1.1.1稀土元素的分布002

1.1.2稀土材料的冶炼003

1.1.3稀土元素对环境和健康的影响004

1.1.4稀土元素的回收006

1.2稀土元素的仪器表征008

1.2.1X射线荧光光谱009

1.2.2激光诱导击穿光谱009

1.2.3仪器中子活化分析010

1.2.4电感耦合等离子体发射光谱011

1.2.5微波等离子体原子发射光谱012

1.2.6电感耦合等离子体质谱012

1.2.7辉光放电质谱014

1.2.8原位分析技术015

1.3稀土材料的催化应用简介015

1.3.1石油化学工业的催化裂化应用015

1.3.2天然气和煤炭的催化燃烧应用017

1.3.3汽车尾气的催化净化应用019

1.3.4工业废气的催化净化应用020

1.3.5光催化应用022

1.3.6电催化应用023

参考文献023

第2章稀土材料在石油化工中的应用/028

2.1催化裂化工艺028

2.1.1催化裂化概念028

2.1.2催化裂化工艺类型030

2.1.3催化裂化反应机理034

2.1.4催化裂化各种烃的反应过程036

2.2催化裂化催化剂038

2.2.1催化裂化催化剂组成038

2.2.2沸石催化剂040

2.3FCC催化剂中稀土的应用047

2.3.1催化剂失活机理及稀土在污染物金属钝化中的应用048

2.3.2稀土对催化裂化催化剂水热稳定性的影响052

2.3.3稀土对沸石酸度的影响054

2.3.4稀土对汽油产量的影响055

2.3.5稀土对催化剂活性的影响056

2.3.6稀土对汽油辛烷值的影响057

参考文献058

第3章稀土材料在催化燃烧中的应用/061

3.1催化燃烧简介061

3.2稀土元素对天然气催化燃烧的影响062

3.2.1天然气催化燃烧的研究背景062

3.2.2甲烷催化燃烧反应机理063

3.2.3甲烷催化燃烧催化剂种类064

3.2.4含稀土元素的负载贵金属催化剂对甲烷催化燃烧的影响064

3.2.5含稀土元素的尖晶石对甲烷催化燃烧的影响066

3.2.6含稀土元素的六铝酸盐对甲烷催化燃烧的影响067

3.2.7含稀土元素的钙钛矿对甲烷催化燃烧的影响072

3.2.8含稀土元素的其他复合氧化物对甲烷催化燃烧的影响076

3.3稀土元素对燃煤催化燃烧的影响077

3.3.1我国燃煤现状及展望077

3.3.2燃煤催化燃烧的催化机理077

3.3.3稀土元素对燃煤催化燃烧的影响078

参考文献079

第4章稀土材料在汽车尾气催化净化中的应用/082

4.1汽车尾气简介082

4.1.1汽车尾气主要成分及其危害083

4.1.2汽车尾气处理办法085

4.2汽车尾气处理之三效催化剂086

4.2.1催化剂组成086

4.2.2催化反应机理091

4.2.3三效催化剂的基本特性及存在的问题092

4.3稀土元素在三效催化剂中的作用093

4.3.1稀土元素在活性组分中的作用094

4.3.2稀土元素对涂层的影响095

4.3.3稀土元素在助剂中的作用095

参考文献100

第5章稀土材料在工业废气净化中的应用/103

5.1工业废气简介103

5.1.1工业废气的来源103

5.1.2工业废气的分类及危害104

5.2常见工业废气处理办法110

5.2.1废气收集与输送排放系统111

5.2.2废气处理的原理及方法111

5.2.3主要污染物处理技术113

5.3稀土催化在挥发性有机化合物催化燃烧中的应用124

5.3.1稀土氧化物作为催化剂助剂125

5.3.2稀土氧化物作为催化剂载体126

5.3.3稀土氧化物作为催化剂活性组分127

5.4稀土催化在烟气同时脱硫脱硝中的应用129

5.5稀土催化在烟气脱硫中的应用132

5.6稀土催化在低温NH3-SCR脱硝中的应用134

5.6.1二氧化铈作为表面负载组分136

5.6.2二氧化铈作为纯载体137

5.6.3铈基多元复合氧化物催化剂137

5.6.4稀土基催化剂的抗中毒性研究139

5.7稀土催化材料在工业废气中应用总结143

参考文献145

第6章稀土材料在光催化反应中的应用/150

6.1光催化反应过程150

6.2光催化反应的应用155

6.2.1光催化分解水155

6.2.2光催化降解有机废弃污染物157

6.2.3光催化CO2还原反应160

6.2.4光催化挥发性有机化合物处理162

6.3含稀土的光催化剂164

6.3.1稀土掺杂光催化剂164

6.3.2稀土化合物光催化剂178

6.3.3稀土复合光催化剂180

参考文献186

第7章稀土材料在电催化反应中的应用/190

7.1引言190

7.2稀土及含稀土电催化剂191

7.3含稀土电催化剂在析氢反应中的应用192

7.3.1稀土合金在析氢反应中的应用193

7.3.2含Ce或CeO2的电催化剂在析氢反应中的应用194

7.3.3含稀土钙钛矿电催化剂在析氢反应中的应用195

7.3.4其他含稀土电催化剂在析氢反应中的应用196

7.4含稀土电催化剂在析氧反应中的应用197

7.4.1铈掺杂电催化剂在析氧反应中的应用198

7.4.2与CeO2复合的电催化剂在析氧反应中的应用199

7.4.3含稀土钙钛矿电催化剂在析氧反应中的应用200

7.5含稀土电催化剂在氧还原反应中的应用201

7.5.1稀土与铂的合金电催化剂在氧还原反应中的应用202

7.5.2CeO2促进的贵金属电催化剂在氧还原反应中的应用203

7.5.3CeO2促进的非贵金属电催化剂在氧还原反应中的应用203

7.5.4铈基催化剂在氧还原反应中的应用204

7.5.5含稀土钙钛矿电催化剂在氧还原反应中的应用205

7.6含稀土电催化剂在甲醇氧化中的应用205

7.7含稀土电催化剂在其他电化学反应中的应用209

7.8总结210

参考文献212

附录常用分析方法符号与缩略语/219