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无机纳米复合材料,聚合物基纳米复合材料,复合电极材料等领域引起了社会的广泛关注,且传统铈基催化剂面临稀土资源严重浪费、贵金属资源匮乏以及催化活性偏低等多方面的问题,而改性复合后的铈基纳米催化剂具有更广阔的应用前景。因此探索发展合成形貌、尺寸和组分可控的氧化铈基纳米复合材料是一个重要的研究课题。本论文主要探讨利用溶剂热法对氧化铈纳米结构及氧化铈基复合纳米结构的控制合成,制备了一系列不同形貌、尺寸和组成的纳米结构,并且分别从材料制备,形成机理,组成成分及性能评价等方面进行了系统讨论。1.无模板法制备具有介孔壳壁氧化铈空心纳米球及金负载氧化铈的表征在本章中以氯化亚铈作为铈源、过氧化氢作为氧化剂,水作为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为添加剂,且加入一定量的甲酸和叔丁胺,通过水热反应制备得到形貌、尺寸均一的具有介孔壳壁结构的氧化铈纳米空心球。通过透射电子显微镜(TEM)观察,所得到纳米空心球直径大约250nm,且纳米空心球表面粗糙。通过跟踪观察不同反应时间得到的样品的透射电镜图,我们认为该介孔壳壁结构的纳米空心球的形成机理是一个“沉淀-溶解-再成核-组装”和奥氏熟化共同作用的形成过程。且在纳米空心球的形成过程中由于PVP的包覆作用使得形成纳米球的小颗粒间排列疏松因此形成了介孔结构的壳壁。调节体系中氧化剂H202和添加剂PVP的用量可以改变产物的形貌和空心程度。由于我们合成的氧化铈具有空心结构和介孔壳壁,因此我们将其作为催化剂载体采用沉淀-沉积(DP)法进行了Au纳米颗粒的负载。对所得到介孔壳壁Ce02纳米空心球和Au负载后的样品进行了CO催化氧化实验,发现Ce02纳米空心球具有很好催化氧化效率,而且是贵金属Au的优良催化剂载体。2.Zr4+掺杂的氧化铈截去顶端的八面体纳米结构的构筑及其催化性能的研究在表面活性剂PVP辅助下,氯化亚铈为铈源,氧氯化锆为掺杂质利用水热合成法一步制备得到具有截去顶端的八面体结构的锆掺杂的氧化铈纳米结构。同样通过跟踪观察不同反应时间得到的样品的透射电镜图(TEM)和物相分析(XRD)结果,我们认为该产物形成机理是纳米晶粒定向聚集(Oriented Attachment)和奥氏熟化(Ostwald Ripening)的过程。起初形成小晶粒首先定向聚集形成类八面体纳米颗粒,随着水热时间的延长得到的纳米类八面体由于奥氏熟化作用逐渐形成空心结构。在对比试验表明,反应中不加入表面活性剂PVP时,所得到的产物氧化铈并未形成规则的形貌；未掺杂的纯相反应得到的产物是不具有空心结构的类八面体,而是随着反应时间的延长纳米类八面体自组装形成了纳米实心球。结果表明表面活性剂和掺杂质对产物最后形貌的形成具有至关重要的作用。在保持其它反应条件不变的情况下,改变掺杂质氧氯化锆的加入量,可以改变产物中Zr4+的掺入量,从而初步实现对产物组分构成的控制。催化性能评价结果表明,增加Zr4+的掺杂量可以一定程度的增加氧化铈的催化氧化活性,这可能是因为Zr4+的掺入使得纳米结构的表面暴露出较多的活性点；另外,锆掺杂后的的氧化铈纳米催化剂还具有较好的热稳定性能。3.一步合成法制备过渡金属Co、Ni一元或二元掺杂的氧化铈介孔纳米球及形貌可控的Cu掺杂氧化铈纳米结构硝酸铈铵为铈源,同时分别加入一定量的氯化钴和醋酸镍,以乙二醇为溶剂,通过溶剂热法制备得到具有介孔结构的氧化铈纳米球,且一步法实现Co、Ni离子的一元或二元掺杂。产物的形貌和晶相结构通过扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)进行表征；纳米颗粒表面组分用拉曼光谱,EDS能谱,和X射线光电子能谱进行了测定,证实金属离子掺杂成功。氮气吸附脱附测试结果表明所得产物的比表面积大且孔径分布较窄。另外,对我们合成得到的介孔结构纯相氧化铈和过渡金属掺杂氧化铈进行了H：程序升温还原反应(H2-TPR)测试,研究了所得产物催化剂的还原性能,并通过催化氧化CO反应初步测试了其催化性能,其结果表明介孔结构的催化剂的性能远远优于商品氧化铈,而过渡金属掺杂的氧化铈的催化性能要优于纯相氧化铈。鉴于产物的高比表面积和介孔结构,我们将金负载在合成的介孔纳米材料的表面,其优越的催化性能,进一步表明了通过此方法制备得到的介孔结构纳米材料可以作为良好的贵金属催化剂载体。此外,在以上制备掺杂氧化铈介孔纳米球的基础上,采用同样的溶剂热方法,在反应体系中加入硝酸铜作为掺杂剂,合成铜掺杂的氧化铈棒状纳米结构。保持其他条件不变,通过控制水的加入量和反应温度,改变产物的形貌和尺寸。同样的可以改变铜离子的加入量来调控掺杂量,且得到形貌均一的纳米结构。4.铈基二元掺杂氧化物Ce0.9-xMxZr0.1O2-δ (M:Co, Ni, Cu)介孔纳米材料的合成及其性能测试以乙二醇为溶剂,氧氯化锆和过渡金属(Co, Ni, Cu)盐类作为掺杂剂采用溶剂热法一步合成二元掺杂的Ce0.9-XMxZr0.1O2-δ氧化铈纳米颗粒,合成得到的纳米颗粒具有介孔结构,因此具有较高的比表面积。锆掺杂的Ce1-xZrxO2-δ纳米材料相比纯相氧化铈具有更好的热稳定性。从产物透射电镜(TEM)照片中可以观察到,当进行Cu, Zr二元掺杂时,产物的形貌为纳米棒状,不同于其他掺杂产物的纳米球。通过N2吸附-脱附实验测定了产物的比表面积和孔径分布,进一步证实了其介孔结构；产物纳米颗粒表面的元素用拉曼光谱,EDS能谱进行了测定,证实金属离子掺杂成功。所得产物均通过H2程序升温还原和催化氧化CO测试分别考察了产物的还原能力和催化氧化性能,表明二元掺杂的氧化铈纳米颗粒的催化性能优于只掺杂锆的氧化铈的催化性能。