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纳米颗粒稀土金属氧化物在化学和材料科学的催化、能量储存和电子学等领域具有重要的技术意义。众所周知,铈是一种非常重要的稀土元素,具有重要的物理和化学性质。相对其他稀土氧化物,CeO2具有较窄的带隙(3.19 eV),对染料的降解具有相当大的光催化作用,且其具有光催化效率高、成本低、稳定性高和环境友好等亮点,最近几年,纳米CeO2及其复合材料在抛光材料、催化剂、氧传感器和辐照等领域得到了许多学者的关注。本文的主要研究内容及结果如下:1.通过水热法,以硝酸铈(Ce(NO3)3 6H2O)为铈源,尿素(CO(NH2)2)为沉淀剂,二水合柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)为表面活性剂,经过改变反应时间,合成了前驱体CeOHCO3,并通过热分解成功地得到菜花状的CeO2。研究了反应时间对产物的形态、晶体结构和磁学性能的影响。X射线光电子能谱(XPS)测试结果显示Ce4+和Ce3+离子在粒子表面共存。通过分析我们认为室温铁磁性与其表面的Ce3+的存在有关。2.以硝酸铈(Ce(N03)3.6H2O)为铈源,聚乙烯吡咯烷酮和硝酸为表面活性剂,尿素(CO(NH2)2)为沉淀剂,在200℃下,采用一步水热法成功地合成了疏松氧化铈空心微球。X射线衍射(XRD)表明,随着反应时间的延长,产物中的CeOHCO3逐渐转化为CeO2,当反应时间为60 h时,样品为纯的立方萤石结构的CeO2。在室温下,以甲基橙水溶液为目标降解物,考察了二氧化铈的光催化性能。研究表明,Ce3+离子、氧空穴以及较高的比表面积使得疏松的CeO2空心微球具有良好的铁磁性能和优异的光催化性能。3.以硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)为铈源,尿素(CO(NH2)2)为沉淀剂,采用水热法,颗粒的聚集和自组装合成了梭形二氧化铈,并通过X射线衍射(XRD)、热重、扫描电镜(SEM)、光致发光(PL)、紫外-可见光谱和拉曼光谱对其进行了表征。XRD证实了立方萤石结构和并计算出二氧化铈的晶粒尺寸。采用差热分析和热重分析对反应过程进行了分析,进而确定其煅烧温度为600℃。系统考察了反应时间和反应浓度对形貌的影响。结果表明,反应时间、反应浓度是控制最终形貌的关键参数。用XPS和Raman光谱对样品中的混合氧化态(Ce4 +、Ce3+)进行了检测和浓度的计算,从而证明氧空位和Ce3+离子存在于晶粒表面和晶界。发射峰和可见发光峰的出现可归因于相关的氧空位。在梭状CeO2样品中,Ce3+离子和氧空位的存在会导致某些局域带隙态的形成,这可能是导致带隙红移的原因。4.利用无模板一步水热法,以硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)为铈源,聚乙二醇为表面活性剂,尿素(CO(NH2)2)为沉淀剂,通过控制温度、浓度和时间,最终合成CeOHCO3前驱体,并通过热分解成功地得到了具有核壳结构的CeO2纳米球。使用 XRD、TG、EDS、SAED、SEM、TEM、XPS、BET、FT-IR、UV-Vis、Raman等手段分析了氧化铈纳米球的结构、形貌和光学性质。通过XPS计算出Ce4+、Ce3+及空穴的浓度。在160 min内,氧化铈纳米球对甲基橙的降解率分别为93.49%、95.67%和98.28%,紫外光辐射下氧化铈纳米球对甲基橙的降解速率分别为0.01693、0.01782和0.02375 min-1。甲基橙在光催化氧化过程中被降解,这主要归功于大量的活性物质,包括h+、表面超氧阴离子.O2-和·OH自由基。通过分析可知,核壳结构、较小晶粒尺寸、Ce3+与Ce4+的转化以及高比表面积对氧化铈纳米球的催化活性具有重要意义。