セリウムがロケット推進燃料をより環境に優しいものに

セリウム、周期表の58番目の元素。

セリウム最も豊富な希土類金属であり、これまでに発見されたイットリウム元素とともに、他の元素の発見への扉を開くものである。希土類要素。

1803年、ドイツの科学者クラプロットは、スウェーデンの小さな都市ヴァストラスで産出された赤い重石の中に、燃焼すると黄土色に変化する新元素酸化物を発見しました。同時期に、スウェーデンの化学者ベジリウスとヒッシンガーも、この鉱石中に同じ元素の酸化物を発見しました。1875年まで、溶融酸化セリウムから電気分解によって金属セリウムが得られていました。

セリウム金属非常に活性で、燃焼して粉末状の酸化セリウムを形成します。他の希土類元素と混合されたセリウム鉄合金は、硬い物体に擦れると美しい火花を発し、周囲の可燃物を点火するため、ライターやスパークプラグなどの点火装置の重要な材料です。また、美しい火花を伴ってそれ自体も燃焼するため、これらの火花の効果を高めるために、鉄やその他のランタニドを添加します。セリウムで作られたメッシュ、またはセリウム塩を含浸させたメッシュは、燃料の燃焼効率を高め、非常に優れた燃焼助剤となり、燃料を節約できます。セリウムは優れたガラス添加剤でもあり、紫外線や赤外線を吸収できるため、自動車のガラスに広く使用されています。紫外線を防ぐだけでなく、車内の温度を下げ、エアコンの電力を節約することもできます。

セリウムのさらなる用途は、希土類金属の中でも極めて特異な特性を持つ三価セリウムと四価セリウムの変換に基づいています。この特性により、セリウムは酸素を効率的に貯蔵・放出することができ、固体酸化物燃料電池において酸化還元反応を触媒することで、電子の方向性ある移動を促し、電流を生成できます。セリウムとランタンを含浸させたゼオライトは、石油精製プロセスにおける分解触媒として機能します。自動車用三元触媒コンバータに酸化セリウムと貴金属を使用することで、有害な燃料ガスを汚染のない窒素、二酸化炭素、水に変換し、大量の自動車排ガスを効果的に防止できます。また、酸素を吸収する能力を活かし、酸化セリウムナノ粒子を抗酸化療法に利用する研究も進められています。米国が開発した固体レーザーシステムにはセリウムが含まれており、トリプトファン濃度を監視することで生物兵器の検出に使用できるほか、医療現場での検出にも利用できます。

セリウムは、そのユニークな光物理的特性により、安価な酸化セリウム(IV)触媒分野の科学者に高く評価されています。2018年7月27日、科学誌「サイエンス」は、上海科技大学材料科学技術学院の左志偉教授率いるチームによる、光によるメタン変換促進という重要な科学研究成果を発表しました。この変換プロセスの鍵となるのは、セリウム系触媒とアルコール触媒を組み合わせた、安価で効率的な相乗触媒システムを見つけることです。このシステムは、光エネルギーを利用してメタンを室温でワンステップで液体製品に変換するという科学的課題を効果的に解決します。メタンをロケット燃料などの高付加価値化学製品に変換するための、経済的で環境に優しい新しいソリューションを提供します。