作为一种优异的环境催化剂，二氧化铈等稀土材料被广泛的应用于汽车尾气净化过程中。尽管人们普遍认为二氧化铈优异的储放氧以及催化性能与铈元素包含未充满的f轨道这一特殊电子结构性质有关，但是对其具体联系以及与纳米二氧化铈材料形貌有关的催化剂构效关系的认识还非常有限。为深入理解二氧化铈的催化性能，我们采用引入在位库仑作用校正的密度泛函理论计算(DFT+U)，系统研究了氧化铈多种表面结构、氧缺陷、负载金属颗粒，以及相关体系中催化小分子反应，如CO氧化、NO还原等，的机理。[1-4]通过以上系统研究，我们可以得出有关稀土二氧化铈催化性能的两点重要结论。第一，由于铈特殊的高度局域的4f轨道的存在，当二氧化铈体系由于产生氧空穴或负载金属颗粒等原因被还原时，还原电子可以完整的局域到单个铈离子上，并能够通过活化吸附小分子起到显著的催化作用。第二，二氧化铈体系的结构弛豫不仅能够决定还原电子的具体出现位置，更能够在表面反应过程中，通过有限并敏感的特性，调控反应中心化合物的电子分布，以一种“化学杠杆”的功能起到促进反应发生的作用。