二氧化铈或者掺杂二氧化铈体系在500℃到700℃的温度范围内具有良好的离子导电性能和催化性能,是固体氧化物燃料电池中低温化发展的关键材料。本论文利用固体与分子经验电子理论分析确定了4价铈原子的双态杂化表,并在此基础上计算了纯二氧化铈体系,不同掺杂浓度和不同掺杂元素下的掺杂体系和(111)晶面存在不同氧空位浓度时的表面体系的价电子结构,并分析了这些体系的价电子结构与其宏观性能之间的关系。纯二氧化铈体系内最强键的键能较高(88.06kJ/mol)是导致其熔点高的根本原因。体系内晶格电子含量低和共价键键络分布均匀使得二氧化铈的导电能力较弱。而体系内含有未成对的d电子使得二氧化铈表现出一定的催化特性。在掺杂体系中,杂质元素表现出聚集共价电子的效应。在这种效应的作用下,杂质周围的部分氧原子与其周围原子形成的共价键的键能大小落差较大,导致该氧原子受力不均匀。掺杂体系只需较低的能量就能激发这些氧原子离开平衡位置,在体系内移动,从而实现离子导电的性能。这部分氧原子的最小共价键的键能越小,体系的离子导电性能越好。在二氧化铈各个晶面中,(111)面的表面能最小,因此它最可能成为二氧化铈的外表面。当(111)表面上有氧空位形成时,次表面相应位置上的Ce4+转变为Ce3+,这个3价的Ce与体相中的一样具有聚集共价电子效应。3价Ce周围的部分氧原子的最小共价键的键能值受表面氧空位浓度影响,表面氧空位浓度越高,这些氧原子越容易在晶体内的移动。但体系表面氧空位浓度越高，表面体系就越不稳定。