二氧化铈具有优异的氧化还原能力,是一种被广泛运用的功能材料。二氧化铈的氧空位对高品质纳米二氧化铈的性能有着重要影响。本文研究了以KCl-LiCl、KOHNaOH熔盐法及热等离子体法制备纳米二氧化铈的技术与工艺,并采用热等离子体及高温还原手段处理纳米二氧化铈并获得氧空位;通过BET、SEM、TEM、Raman、XPS等方法研究了制备的纳米二氧化铈的微观结构、氧空位含量及其特性;研究了二氧化铈对CO的催化氧化能力以及二氧化铈的能带结构。以碳酸铈作为前驱体,研究了采用热等离子体技术制备纳米二氧化铈颗粒,在等离子体功率为15 kW,载气为3 L/min氩气时,获得的蓝色非化学计量的纳米二氧化铈颗粒粒径最小,为40 nm;随着等离子体功率的增加,二氧化铈晶体及颗粒尺寸也相应增加;当功率为25 kW时或者使用氢气作为载气的条件下,纳米二氧化铈粉末中出现了CeOy(1.5<y<2.0)晶相。研究发现,利用KCl-LiCl熔盐法制纳米二氧化铈,在温度为600°C和空气气氛条件下加热4小时,得到了具有多面体结构且均匀分布的纳米二氧化铈颗粒,粒径约为30 nm。通过研究不同温度、时间、原始添加料以及气氛条件对纳米二氧化铈制备的影响规律,提出了纳米二氧化铈在KCl-LiCl熔盐体系中的形成长大机制。在KOH-NaOH熔盐体系中,二氧化铈的粒径及晶粒尺寸随着加热温度的增加而增加,且温度在200°C时制备的纳米二氧化铈的粒径最小,粒径约为20 nm。研究发现在空气、氮气或氢气条件下,200°C时使用KOH-NaOH熔盐法合成的纳米二氧化铈的形貌、颗粒尺寸差异较小。采用了热等离子体工艺以及高温氢气、空气处理工艺对纳米二氧化铈进行了处理,并考察研究了处理前后纳米二氧化铈的性能差异。研究发现通过超高温热等离子体处理,纳米二氧化铈的形貌从淡黄色无定形态转变为蓝色多面体,并形成了CeOy晶相。在500-900°C高温处理后的纳米二氧化铈颗粒粒径随着处理温度的增加而增加,二氧化铈表面有类似“烧结”的现象出现。并且相同的处理温度条件下,氢气处理后的样品较空气条件下处理后的二氧化铈的颗粒尺寸大。900°C氢气处理后的纳米二氧化铈出现了CeO2单晶,该样品中也发现了Ce2O3晶相。采用了Raman和XPS来表征纳米二氧化铈的氧空位。热等离子体制备的纳米二氧化铈的氧空位随着热等离子体处理功率的增加而增加。而KCl-LiCl熔盐法制备的纳米二氧化铈的氧空位含量较低,采用KOH-NaOH熔盐法时,氢气、氮气条件下制备的纳米二氧化铈比空气条件下制备的样品的氧空位含量高。高温氢气处理比空气处理的纳米二氧化铈的氧空位浓度高。分析并提出二氧化铈的两种氧空位形成机理,即如采用热等离子体技术合成纳米二氧化铈为例的非完全还原形成氧空位机理,二氧化铈发生未完全还原反应,形成了含有大量氧空位的非化学计量二氧化铈;以及非完全氧化过程形成氧空位机理,以KOH-NaOH熔盐法制备纳米二氧化铈为例,三价铈盐未被完全氧化,形成具有一定氧空位含量的二氧化铈。研究发现热等离子体处理后获得的非化学计量纳米二氧化铈,由于处理过程中液相的形成等原因在200°C空气条件下具有较好的热稳定性。纳米二氧化铈对CO的催化氧化实验结果表明,KCl-LiCl熔盐法制备的纳米二氧化铈由于合成温度较高而具有更好的催化稳定性,以KOH-NaOH熔盐法制备的纳米二氧化铈则因为晶格缺陷较多因此具有更好的催化性能。研究结果表明氧空位能明显地提升二氧化铈的催化性能;Ce2O3对二氧化铈的催化性能具有很好的促进作用。而高温处理后,由于比表面积的快速降低,即使氧空位含量增加,样品的催化性能也大幅降低。纳米二氧化铈的禁带宽度研究结果表明,KCl-LiCl熔盐法制备的纳米二氧化铈的禁带宽度为2.7 eV,KOH-NaOH熔盐法制备的纳米二氧化铈禁带宽度为3.0-3.4 eV。研究发现通过非完全氧化过程获得的氧空位有利于禁带宽度的降低;而高温处理及热等离子体处理后,在纳米二氧化铈的氧空位增加条件下,二氧化铈的禁带宽度也在增加。另外,纳米二氧化铈中Ce2O3及CeOy的混入亦能有效地降低其禁带宽度。