紫外线是一种波长比可见光短的电磁波，占太阳光总能量 4％ 一7％，其波长在 200 nm ～400 nm之间，按波长长短可分为短波紫外线 UV C (200 nm～290 nm ) 、中波紫外线 U VB (290 nm 一320 nm ) 、长波紫外线 U V A (320 nm 一400 nm ) 。 其 中 UV C几乎全被大气臭氧层吸收，达到地球表面的主要是U V B (占到达地表 UV 总量的 5％) 和 U V A (占到达地表 U V 总量 的 95％) 紫外线照射后 ，当光子所具有的能量高于高分子材料的键能时 ，聚合 物分子链断裂 ，形成 活泼的游离基 ，游离基进一步引发分子链发生降解 ，最终造成聚合物的老化 降解 ，影 响其 使用 寿命 和美观 。 因此 ，紫外线是引起 高分子材料老化 的最 主要 因素。
2006 年世界卫生组织(W H O ) 发 表了题为《太 阳紫外线辐射所致人类疾病报告》的首份全球性评估结果，该报告称 ，全球每天有约 150 万人因暴露 于过量紫外线辐射而患皮肤黑色素瘤 、鳞状细胞癌 、基底细胞癌 、慢性 日光损伤 、日光灼伤、皮质性白内障、角膜及结 膜 肿 瘤 等各 种 疾 病 ， 占全 球 患 病 总人 数 的0．1％ ；全世界每年有多达 6 万人是因为过度暴露于紫外线辐射而死亡的。 因此人们越来越多的关注紫外线的防护 。

CeO2 与 TiO2 和 ZnO 一样 ，都具有很强 的抗紫外能力。 CeO2 抗紫外能力强弱与其粒径大小有关：当粒径较大时，抗紫外能力是以反射和散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效，但抗紫外能力较弱；随．着粒径的减小，光线能透过颗粒表面，对长波区紫外线的反射和散射性不明显，而颗粒的小尺寸效应和量子尺寸效应使吸收带存在“蓝移”现 ，向短波方向移动 ，即对 中波区紫外线 的吸收性明显增强 ，抗紫外能力增强 ，因此抗 紫外作用 主要是 吸收紫外线。纳米颗粒由于粒径小 ，活性大 ，既能反射 、散射紫外线 ，又能吸收紫外线 ，因而对紫外线有更强的屏蔽能力 。 但是并 非颗粒越小越 好 ，颗粒 越小 ，越 易团聚成大颗粒 ，抗紫外性能反而会下降。 一般来讲 ，颗粒在 70 nm 以下有较好的紫外屏蔽性能 ，颗粒分散好 ，分散稳定性增加 ，光量子效率增加 ，对 紫外线 的吸收率增大 ，抗紫外能力增强，同时使可见光透过率大大增加 。

CeO2 抗紫外的优缺点。与 TiO2 和 ZnO 相 比，C eO2 抗紫外具有两个优点：一是它的折射率 n = 2 ．05 ，低于 TiO2 和 ZnO (金红石 n = 2．72 ；锐钛 n = 2．5 ；氧化锌 n = 2 ．2 ) ，使皮肤 白度更 自然；二是它吸收的紫外光主要用于电子能级跃迁 ，不会引发光催化 ，这使其成为理想的广谱无机紫外屏蔽材料。 TiO2 和 ZnO 具有高光催化活性 ，当大于或等于 TiO2 和 ZnO 的禁带宽度 E g的紫外光照射时 ，二者价带上 的电子 因吸收紫外线被激发 ，越过禁带进入导带 ，同时在价带上形成相应的空穴 ，即产生电子 一空穴对。 电子具有还原性 ，空穴具有氧化性 ，空穴与颗粒表面吸附的 O H 一反应 ，生成氧化性很高的 ·O H ，活泼 的 ·O H 能将大多数有机物和部分无机物最终分解为二氧化碳和水 。

然而，CeO2 其较高的氧化催化活性却成为它用作紫外屏蔽剂的一个不利因素。CeO2的氧化催化活性与氧气的释放有关， CeO2 处于晶体结构不稳定的状态。 因此，为了改善 CeO2 ，不稳定的晶体结构，Ce4+ 有转化为 Ce3+ 以稳定萤石结构的趋势。为了平衡 ce3+取代 Ce4+ 引起负电荷过剩，CeO2 晶体中有一部分氧负离子离开其平衡位置跃迁到晶体以外，并在晶体内部形成氧空位来保持晶体的电中性。这些氧离子脱离晶体后，形成活性很强的高能氧原子 (230．095 kJ／m o1) ，高能量氧原子不稳定 ，相互结合生成低 能 (0 kJ／t o o1) 、稳定 的氧气 ，同时放出能量以氧化催化其周围的物质 ，从而使ceO2表现出了比较高的氧化催化活性。另外，二氧化铈在可见光范围内有少量吸收，所以产品中会出现淡黄色 。

由于 CeO2 具有较高的氧化催化活性，限制了其在屏蔽剂市场中的应用，因此如何降低氧化催化活性，又具有优异的抗紫外性能，是 CeO2在屏蔽剂市场能够得到广泛应用的关键因素。 Y abe 等指出通过掺杂较大离子半径 的金属离子稳定 了萤石结构，和／或掺杂低价态金属离子使方程平衡向左移形成 了氧 缺 陷 ，就 可 以抑 制 氧 气 释 放 。 Ca 和Zn 常用来作 为掺 杂离子 ，用 于降低 C eO2 氧化催化活性 。CeCl3一CaCl2 混合溶液与 NaOH 溶液在 40 ℃ 、pH 6 —12 条件下 ，反应生成掺杂 Ca 的Ce(O H ) 3，经 H 20 2氧化后生成棒状或球形掺杂CaO 的 CeO 2。 与不掺杂的 CeO 2(40 nm 一50 nm ) 相比，这种掺杂 CaO 的 CeO (5 nm ～10 nm ) 抗紫外能力更强 ，可见 光透 过率更 高。 这 可能 与掺杂 导致CeO2 粒径减小有关。

研究表明，掺杂后的 CeO2 的氧化催化活性虽然大幅降低了，但是相比较而言，这种活性仍然很高。因此，许多学者采用溶胶凝胶法或种子聚合技术在掺杂后的CeO2 表面包覆一层 SiO2 薄膜，从而能降低氧化催化活性。但是硅会导致抗紫外能力降低。因此 Sato 等将 片状 的 k0.8 Li0.27 Ti1.73 O4与 Ce0.8 Ca0.2 O1.8 偶联后，再通过 SiO2 包覆处理降低Ce0.8Ca0.2 O1.8 的氧化催化活性。这种 CeO2 优点是：抗紫外能力不会因为掺杂和包覆处理而降低，反倒因为偶联了 k0.8Li0.27 Ti1.73 O4 获得提高，因为 k0.8 Li0.27 Ti1.73 O4是一种 n 型半 导体，禁带宽度 3．5eV ，具有强抗紫外能力 ，氧化催化活性也 大幅的降低 ；改善了皮肤舒适度和提高了皮肤覆盖能力 ，因为片状材料具有柔软舒适 、皮肤上覆盖均匀的特点 。

CeO 抗紫外材料的应用
二氧化铈具有丰富的4f 电子层能级结构 ，可以通过电子跃迁吸收紫外线能量 ，然后以低能级的光(可见光和红外光) 和热能的方式放 出，特别是纳米二氧化铈具备紫外线吸收和反射双重效应 ，防止高分子材料老化的功 能更强。 CeO2 与其他无机纳米抗紫外剂如 TiO2 、ZnO 一样 ，可 以应用在 多个领域中。 添加到化妆品中，可 以制成防晒霜 、爽身粉、防晒 口红 、防晒粉底等；添加到棉织物中，可以制成防紫外线的遮 阳伞 、运动服 、防护服 、帽子 、太 阳伞等 ；添加到玻璃中，可以制成太阳镜 、滤光镜 、建筑和汽车玻璃 等。 添加到塑料 、涂料 、橡胶等高分子材料中，制成能够抗紫外线 的农用大棚膜 、食 品包装膜 、外墙涂料 、抗老化橡胶等 ，延长其使用寿命 。
4． 1 防 晒化妆 品
日本著名的大型化妆品公司康赛公司与日本无机化学工业公司共同开发的防紫外线材料，主要是纳米 CeO2 及 SiO2 表面包裹的复合物，其透明性高，对紫外线的吸收和屏蔽良好。该公司已经将这种材料应用在了口红、粉底霜、防晒霜等化妆品中，颜色接近人体肤色，克服了 TiO2／ZnO 颜色有苍 白感 和紫外线吸收效 率低 的缺点 。 矢部信 良等人合成了 ca 或 zn 固溶的氧化铈 ，再在其表面被覆二氧化硅 ，制成了金属固溶氧化铈抗紫外剂，将其掺杂到化妆品中，不仅具有广泛吸收紫外线的效果 ，而且不会给人 以苍 白而又不 自然 的感觉，其化妆效果十分理想 。
4 ．2 纺 织物
王辉等人采用原位合成法在棉织物的表面生成CeO2 纳米粒子，它们与棉织物的表面具有很强的化学键连接，对棉织物的抗紫外性能有明显的提高，而且经过多次水洗后仍然具有非常优异的抗紫外功能。 D UA N W 等首先用 CeO2 溶胶处理棉织物，然后再用十二氟庚-丙 基一三 甲氧基 甲硅 烷 (DFT-MS) ， 进行改 良。 这种经过改 良的棉织物表面不仅防水性能好 ，而且抗紫外性能也强 。
4．3 玻璃
Rygel和 Pantano 制成 的添加 了铈元 素的硅铝磷酸盐玻璃不仅能防紫外线辐射 ，而且还能增加抗辐射伽玛射线和 x 射线 的损害能力。 这种玻璃在不久的将来将会运用于太 阳镜 ，窗户和太阳能 电池等商业领域 ；在钠钙硅玻璃中加入 0．2％ 一0．5％的 CeO 作为抗 紫外剂 ，Ce4+在紫外区域的特性吸收为 240 nm ，Ce3+为 314 nm ，这一性质首先应用于生产克罗克赛(Crookes) 玻璃 ，以增强玻璃的紫外吸收，达到保护眼睛的作用 。 邵明迪等人在一种浮法吸热玻璃配方 中掺杂 了0 ．15％ 一0．2％ CeO2，这种玻璃不但具有优异的抗紫外能力，而且还有效地改善了玻璃的澄清效果。
4．4 涂料
张玉玺等人将 Ce2O 等稀土复合物添加到水性聚氨酯涂料 中，其紫 外屏 蔽率 可达 90％ 以上。董玉红等人采用提拉法在玻璃基片上制备了 CeO2-TiO2 薄膜，当其达到一定厚度时，紫外线几乎全部被阻隔；在临界厚度内，薄膜越厚阻隔效果越好，对可见光区域的透过率基本无影响，均在 70％ ～8 0 ％ 。 高彤等人向水性氟碳涂料中加入 1％的纳米二 氧化铈 ，不 但延长 了涂料 耐人工 老化 时间500 h 以上 ，而且还具使其具有优异的防霉性 ，对大肠埃希氏菌的抗菌率达到99．99％以上 。 杨明璐等人在丙烯酸防水涂料 中添加稀土 ，改善和提高 了涂膜的抗拉强度和断裂延伸率 ，尤其对抗 紫外线老化效果明显 。
5 展 望
CeO2 在抗紫外线方面具有较大的发展潜力和良好的应用前景，其未来的发展趋势将着重在以下几个方面：
(1) CeO2 作为无机抗紫外剂的首选，虽然降低 CeO2 的氧化催化活性这一问题已经被研究了几十年，但是目前仍然没有达到理想水平，因此它仍将是未来研究的重点内容之一。
(2) CeO2 粉体制备技术已经日趋成熟，产品的紫外线屏蔽性能也达到了较高的水平，但与有机抗紫外线相比，成本偏高、用户难以接受，所以未来研究的下一个目标将是如何降低成本。
(3 ) CeO2 作为抗紫外剂的应用技术研究不多，因此真正应用在高分子材料中的情况较少。除了CeO2 本身的一些缺陷还需解决外，更主要的问题是大部分精力都用在了克服这些缺陷上了，而投入在高分子材料中的应用技术开发上的人力和物力就较少。因此，未来最主要的发展趋势将是在应用技术开发方面，使其在高分子材料中的应用取得丰硕成果。