由于具有独特的储放氧功能以及高温快速氧空穴扩散能力，CeO₂及CeO₂基复合氧化物被广泛应用于催化材料领域。本论文研究工作采用柠檬酸溶胶—凝胶（Sol-Gel）法制备CeO₂基复合氧化物，用浸渍法制备CuO／CeO₂-Al₂O₃催化剂。通过原位XRD、Raman、UV-Visible、H₂-TPR、SEM等技术对样品进行结构表征，并考察了CeO₂基复合氧化物的碳颗粒物催化燃烧活性，Ce_xGd_1-xO_2-δ固体氧化物电解质的导电性能和CuO／CeO₂-Al₂O₃催化剂的CO氧化活性。1．CeO₂基复合氧化物的碳颗粒物催化燃烧性能CeO₂基复合氧化物的碳颗粒物催化燃烧活性高于单一CeO₂，活性的提高与超细纳米CeO₂基固溶体的形成有关。固溶体的形成能促进更多氧空穴的产生，加快氧的传递速度，提高催化剂的氧化还原性能，进而提高催化燃烧活性。随着焙烧温度升高，催化剂的晶粒变大，因此同一催化剂900℃焙烧后的催化活性低于600℃焙烧的活性。选择活性最佳的600℃焙烧的Ce_0.7Zr_0.3O_2-δ催化剂，考察其稳定性，催化剂经7次循环使用后仍保持较好的催化活性，扣除催化剂和碳黑混合物使用量的影响，表明Ce_0.7Zr_0.3O_2-δ催化剂具有良好的稳定性。CeO₂基固溶体催化剂，尤其是Ce_0.7Zr_0.3O_2-δ和Ce_0.7Pr_0.3O_2-δ的活性与负载30％KNO₃的常用载体的活性接近。虽然KNO₃具有良好的碳颗粒催化燃烧活性，但由于KNO₃的不稳定性和易流失性，使其难以在实际中推广使用，所以具有和KNO₃活性相当的CeO₂基固溶体催化剂因其良好的稳定性，极具潜力成为优良的碳颗粒物催化燃烧催化剂。根据CeO₂基催化剂的优良再氧化还原能力提出碳颗粒物的催化燃烧机理，即催化剂中的晶格氧是催化反应中的活性氧物种。2．Ce_xGd_1-xO_2-δ电解质的物相结构和导电性能改进的柠檬酸Sol-Gel法能制得晶粒更小的固溶体，与传统方法相比能使样品更容易稳定在CeO₂基固溶体形式。随焙烧温度的升高，同时存在CeO₂基和Gd₂O₃基固溶体的样品逐渐向Gd₂O₃基固溶体转变；同时存在Gd₂O₃基固溶体和立方结构Gd₂O₃的样品易向立方Gd₂O₃转变。Raman表征技术的灵敏度明显高于XRD，可以检测到微量CeO₂基固溶体的信号。Raman结果表明用两种Sol-Gel法制备的样品，无论形成CeO₂基或Od₂O₃基固溶体均能促进氧空穴的形成。Ce_xGd_1-xO_2-δ固溶体电解质的电导率均优于单一CeO₂和Gd₂O₃，同时用改进方法制备的电解质的电导率优于用传统方法制备的样品。因为用改进方法制备的样品晶粒更小，具有更多氧空穴，可以提高氧的传递速率，从而使电解质具有良好的导电性能。用两种方法制备的电解质中，Ce_0.6Gd_0.4O_2-δ的电导率均最高，因此对于Ce_xGd_1-xO_2-δ电解质，Gd³⁺的最佳掺杂值为40％。3．CuO／Al₂O₃和CuO／CeO₂-Al₂O₃催化剂的CO氧化性能通过原位XRD和Raman技术对CuO／Al₂O₃催化剂的高温相变表征及CO氧化活性分析，发现随着温度的升高，CuO和Al₂O₃发生固相反应生成CO氧化活性较低的尖晶石物相CuAl₂O₄。CuAl₂O₄的进一步生成能阻止外层CO氧化活性较高的CuO进一步扩散进入Al₂O₃体系与之发生反应，使CuO稳定在CuAl₂O₄的外层，从而提高催化剂的CO氧化活性。CuO／Al₂O₃催化剂有三个H₂-TPR还原峰，分别归属于高分散CuO，晶相CuO和尖晶石CuAl₂O₄的还原峰。CO氧化活性结果表明高分散CuO和晶相CuO均是活性组分，其中高分散CuO物种是主要的活性组分。对于CuO／CeO₂-Al₂O₃催化剂，300℃焙烧后CuO以晶相和非晶相形式存在于CeO₂-Al₂O₃的表层。随着焙烧温度升高，部分表层CuO迁移至CeO₂内层与载体Al₂O₃反应生成CuAl₂O₄，其余部分以晶相形式存在于CeO₂内层。高温有利于表层CuO向CeO₂内层迁移，同时促进CuAl₂O₄的生成，900℃焙烧后所有CuO均迁移到CeO₂内层与载体Al₂O₃反应生成CuAl₂O₄。由于CuO分散在CeO₂表面后能大大提高CO氧化活性，所以添加CeO₂的CuO（33.3％）／CeO₂-Al₂O₃催化剂的CO氧化活性明显高于CuO（33.3％）／Al₂O₃催化剂。