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CeO2掺入其他金属离子形成固溶体导致缺位或缺陷的产生,从而影响材料的结构、电子和化学性质,提高材料的储氧能力,增加材料体相氧的迁移数率。这些特性使得CeO2基复合氧化物在催化反应和固体燃料电池等方面有广泛的应用。开展掺入离子对CeO2缺位或缺陷的影响,对于了解缺位产生的机理具有重要的理论意义。Raman光谱是表征CeO2基固溶体中缺陷物种高效而快捷的手段,特别是氧缺位缺陷。CeO2基固溶体的Raman谱图中出现三个重要的特征Raman峰(465cm-1、560cm-1、600cm-1),一般分别归属于CeO2的F2g振动模式、氧缺位和MO8型缺陷物种Raman振动峰。研究发现氧缺位的产生与掺杂金属离子价态有关,而MO8型缺陷物种的产生与掺杂金属离子半径有关。CeO2基固溶体中氧缺位浓度观察值(A560/A460)与样品吸光度和表面富集有关。原位Raman研究表明：气氛及温度影响CeO2基固溶体的吸光度变化,从而影响Raman光谱采样深度,导致氧缺位浓度观察值的变化。本论文采用溶胶-凝胶法制备了一系列CeO2基固溶体,通过Raman光谱,结合X-射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)、光学显微镜、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等手段,考察了掺杂不同金属离子的CeO2中缺陷物种的产生机理、缺陷物种浓度的变化规律和样品有序性变化对Raman信号的影响,以及掺入不同元素(Ln=Gd、Y、Lu、La、Zr、Sm、Pr和Tb)时CeO2的微观结构和氧缺位浓度的变化。研究结果有以下几点：1.Ce1-xGdxO2-δ固溶体中缺陷物种的拉曼光谱研究采用溶胶-凝胶法制备一系列Ce1-xGdxO2-δ(x=0.05,0.1,0.2)固溶体。利用紫外(325nm)和可见(514nm) Raman光谱,X射线粉末衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),考察了Ce1-xGdxO2-δ固溶体的缺陷物种的分布以及Gd含量对缺陷物种浓度的影响。结果表明：Ce1-xGdxO2-δ固溶体中存在氧缺位(～560cm-1)和GdO8型缺陷结构(～600cm-1)。根据样品对Raman激发光的吸收,紫外Raman光谱反映样品的表层信息,可见Raman光谱反映样品的整体(表层和体相之和)信息。Ce1-xGdxO2-δ固溶体表层氧缺位(Vα)和GdO8型缺陷物种的浓度(Vβ)均高于固溶体体相的,这归因于缺陷物种的表面富集。然而,相比于GdO8型缺陷物种,体相中氧缺位浓度增加较表层中的更显著,这归因于氧缺位具有相对有序的结构。2. Ce0.8M0.2O2-d固溶体中缺陷物种的Raman光谱的研究采用Raman光谱研究了掺杂固溶体Ce0.8M0.2O2-d(M=Gd、Zr、La、Sm、Y、Lu和Pr)的缺陷物种(氧缺位和MO8型复合物)的形成机理及其它们在表层和体相中的分散情况。研究结果表明：氧缺位的形成归因于掺杂离子和Ce4+的价态不同；MO8型复合物的形成归因于掺杂离子与Ce4+的半径不同。用325nm和514nm激光作为激发波长来研究缺陷物种的分散情况,发现缺陷物种富集在样品的表层。而且随着焙烧温度的升高,Ce0.8M0.2O2-d样品的有序性逐渐增加,导致MO8型复合物浓度的减少,然而有序性对氧缺位浓度影响不大,这表明相比于氧缺位结构,亚稳态的MO8型复合物是更无序的。3.氧缺位浓度观测值的影响因素影响氧缺位浓度观测值的因素有掺杂含量、紫外共振效应、样品吸光度及样品的有序性。也就是说,随着样品掺杂含量的增加,CeO2中有更多的Ce4+被其他金属离子取代,从而产生更多的氧缺位,以致氧缺位浓度的增加；随着样品吸光度的增加,Raman所探测到的信息从体相到表层,又由于氧缺位的表面富集导致氧缺位浓度的观测值也逐渐增加；随着样品的有序性的增加,由于相对MO8型缺陷复合物,氧缺位具有较为有序的结构,所以随着焙烧温度的增加,氧缺位浓度变化较小而MO8型缺陷复合物浓度的观测值逐渐减少。