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三效催化剂(Three-Way Catalysts，TWCs)能同时降低汽车尾气中的CO、HC和NOx排放，被公认为是目前治理汽油车尾气污染最有效的手段。但随着排放法规的日趋严格，对冷启动阶段HC和NOx的排放限值及催化剂的使用寿命提出了更高的要求。典型的三效催化剂通常采用Pt、Pd和Rh等贵金属作为活性组分，以铈锆基复合氧化物作为储放氧材料。与Pt和Rh相比，Pd资源丰富、而且价格更低，同时具有更好的HC低温氧化活性及抗高温烧结性能，有利于降低催化剂生产成本、延长催化剂使用寿命。因此，单Pd催化剂已成为三效催化剂发展的一个重要方向和研究热点。但单Pd催化剂对NOx的低温转化不是很理想，而且空燃比窗口相对较窄。而通过改善铈基储放氧材料的储放氧性能及其高温热稳定性，是提高单Pd催化剂三效催化性能的重要手段之一。铈锆基储氧材料除了可通过优化合成方法、寻找最佳铈锆配比等来提高其性能外，目前主要通过外来金属离子掺杂改性来实现。与稀土金属元素和过渡金属元素相比，碱土金属元素掺杂除了尺寸效应和电价平衡效应外，其较强的碱性和给电子能力使其受到越来越多的关注。 本论文利用粉末X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修、N2吸附-脱附、X-射线光电子能谱(XPS)、可见/紫外拉曼（Vis/UV-Raman）、程序升温还原(H2-TPR)、储放氧性能测定(OSC)和NOx吸附/脱附-MS等多种实验手段，系统研究了第三组分碱土金属元素掺杂、BaO掺杂量、制备方法和铈锆比例对Ce0.67Zr0.33O2(CZ)复合氧化物的结构/织构性质、氧化还原性能、储放氧性能、对NOx的储存性能及其负载单Pd催化剂三效催化性能的影响及规律。尤其利用原位红外(In situ DRIFTS)技术对NOx的储存过程以及不同反应条件下目标反应物在催化剂表面的竞争性吸附，活性中间产物的生成等进行跟踪监测，获得了许多重要的表面信息。主要得到以下结论: 1、掺杂的碱土金属元素（M=Mg、Ca、Sr和Ba，MO:3wt.％）均能够进入Ce0.67Zr0.33O2(CZ)固溶体晶格内部，形成具有立方相晶体结构的Ce-Zr-M三元固溶体(CZM)，而且呈现出更大的比表面积和更小的晶粒尺寸。一方面，部分Zr被碱土金属元素取代后，电荷效应和尺寸效应导致晶格中形成更多的氧空穴和Ce3+离子，促进电子传递和活性氧物种迁移，从而提高CZM复合氧化物的储放氧性能和其负载Pd催化剂(Pd/CZM)的氧化还原性能及对NOx的储存效率。另一方面，碱土金属元素的掺杂可削弱HC物种在催化剂表面的强吸附，也有利于带一定负电荷的Pd-N=Oδ-物种的形成，从而促进HC的深度氧化和NO裂解。因此，Pd/CZM催化剂表现出较高的HC和NOx催化转化活性以及较宽的空燃比操作窗口和NOx动态操作窗口，尤其是Ba掺杂的Pd/CZ2183催化剂。但碱土金属元素的掺杂导致催化剂上Pd分散度降低而使与CO氧化反应相关的活性位点数目减少，抑制了CO的氧化反应。此外，Ca、Sr和Ba的掺杂能明显提高催化剂的高温热稳定性，有效抑制了PdO物种在高温处理过程中的烧结长大和被载体包埋，Pd/CZ2183-a表现出最佳的催化性能。 2、BaO掺杂量和制备方法对CZB载体的织构/结构性质以及其负载Pd催化剂的三效催化性能具有重要影响。XRD及其Rietveld精修等结果表明，适量BaO的掺杂可显著改善CZB复合氧化物的织构/结构性质，降低O原子的占位数，促进氧空穴的生成，提高其负载Pd催化剂的氧化还原性能、储放氧性能及对NOx的储存效率等催化性能。此外，适量BaO的掺杂可阻止部分Zr4+从CeO2的立方晶格中析出，有助于提高铈锆固溶体的晶体结构稳定性，而且载体表面少量BaZrO3相的形成对阻止CZB复合氧化物颗粒的团聚也具有促进作用。Pd/CZ2185催化剂呈现出相对较高的HC和NOx催化转化活性和较宽的空燃比操作窗口以及良好的耐高温性能。与共沉淀法制得的Pd/CZ2185相比，氧化共沉淀法和反相微乳法制得的Pd/CZ2185-O和Pd/CZ2185-R由于结构均一性更高，从而表现出更好的高温热稳定性，尤其是Pd/CZ2185-O。而溶胶-凝胶法制得的CZ2185-S表面发生严重的Zr富集现象，其结构均一性较差，不利于具有更高反应活性的Pd-N=Oδ-和Cex+-NCO物种的形成，导致其负载Pd催化剂在老化前后均表现出最差的三效催化活性。 3、铈锆比例的变化可以显著影响CZB复合氧化物的晶体结构、氧化还原性能、储放氧性能和对NOx的储存性能及其高温热稳定性等。随着ZrO2添加量的增加，CZB的晶体结构从立方相逐渐转变为准立方相和稳定的四方相，Ce/Zr=1/1为相变的转折点。对于富铈基样品(Ce/Zr＞1/1)，ZrO2添加量的增加促进结构缺陷的生成以及晶胞收缩，进而提高催化剂的氧化还原性能和储氧/储氮性能。此外，适量ZrO2的添加还可明显削弱HC物种在催化剂表面的强吸附，加速NO裂解，促进活性中间产物(-NCO)的生成，从而显著改善催化剂对HC和NOx的催化转化活性。对于富锆基样品(Ce/Zr＜1/1)，过量ZrO2的添加会导致CZB复合氧化物的比表面积和结构均一性降低，催化剂上Pd分散度、氧空穴浓度和NOx储存性能的下降，不利于Pd0-N=Oδ-和Cex+-NCO物种的形成，从而导致催化剂对CO、HC和NOx的催化转化活性下降及操作窗口变窄。其中，Ce/Zr比接近1/1的CZB复合氧化物（2/1≤Ce/Zr≤1/2）呈现出较好的高温热稳定性，具有相对较小的晶粒尺寸、较大的比表面积和储氧量，其负载Pd催化剂也表现出较好的三效催化转化活性和较宽的动态操作窗口，尤其是Pd/CZ2185催化剂。