随着全球能源危机与环境污染问题的日益严峻，开发用于新化学能源合成和环境治理的高效、稳定、环保的催化材料变得愈发重要。纳米材料由于诸多异于常规材料的优点而被广泛应用于催化领域，但是，在目前的科学研究中，纳米催化材料仍然面临着稳定性差、成本高等挑战，且其相关催化机理也存在争议，这些都极大限制着其进一步的发展。为此，本论文以CeO2和ZnO为基体，以增强催化剂中各个组分之间的相互作用为主线，通过可控的方法设计合成了系列具有低成本和高稳定性的多组分纳米催化材料，考察了其体相结构、表面形貌、氧存储能力、氧化还原性质和对两大基础反应CO和CH4氧化的催化性能，并对其结构与性能之间的关系及相关催化机理进行了探讨。主要结论归纳如下:　　(1)单相Ce-O基纳米催化材料的合成、掺杂效应和结构研究:通过水热法制备了不同过渡金属离子掺杂的Ce1-xMxO2-δ(M=Fe、Co、Ni)纳米固溶体，研究了过渡金属离子在CeO2晶格中的掺杂机制及掺杂效应对CeO2晶相结构、物理结构、氧存储能力和催化性能的影响。研究发现，水热条件下，Fe3+、Co2+、Ni2+等过渡金属离子的掺杂效应遵循空位补偿与间隙补偿双重机制，它们在CeO2中的固溶限分别为18％、6％和4％。掺杂会引起Ce-O8多面体的扭曲，产生极大的晶格应力。Ce1-xFexO2-δ、 Ce1-xCoxO2-δ和Ce1-xNixO2-δ在其各自的固溶限时的应力分别能达2.64％、1.07％和1.90％。同时，过渡金属离子的引入也明显提高了CeO2的比表面积，改善了其氧存储能力及对CO氧化的催化性能，尤其是Fe3+的掺杂效应大大提升了CeO2在催化反应过程中的稳定性。　　(2)单相Ce(Fe)-O纳米催化材料的形貌调控与催化活性:采用水热法、共沉淀法和溶胶凝胶法合成了纳米立方块状、六边形薄片状和类球体状Ce0.9Fe0.1O2-δ样品。其中，纳米立方块样品裸露出六个等效的{200}晶面，六边形薄片状样品主要裸露面为{111}面，而类球体状样品则没有显示出特定裸露面。催化性能测试显示，纳米立方块Ce0.9Fe0.1O2-δ在CO氧化与CH4完全氧化反应中均体现出最优活性，表观活化能为50.5 KJ/mol，该值低于六边形薄片状和类球体状样品作用下的活化能。这种高活性与纳米立方块样品的{200}高能裸露面有关。此外，纳米立方块在焙烧过程中可保持极高的结构稳定性和高能面上活性氧物种的稳定性，这也是它能保持相当长催化寿命的主要原因。　　(3)金属@氧化物双相材料Ce0.9Fe0.1O1.97/Ag反式催化剂的制备及其热催化性能:采用室温共沉淀-液相还原两步法构筑了铈-铁-氧固溶体/金属反式纳米复合材料。XRD和TEM测试显示，粒径在50 nm左右的Ag纳米颗粒被周围较小的Ce0.9Fe0.1O1.97纳米粒子包裹在中间。由于Ag+/Ag(Eθ=0.80 V)比Ce4+/Ce3+(Eθ=1.61 V)具有更低的氧化还原电势，Ce-Ag之间会发生强相互作用，这使得储放氧变价过程的反应能垒降低。Fe3+的引入也促进了CeO2的氧迁移能力，从而使该反式催化材料具有更加优异的氧存储能力和CO催化氧化性能。此外，特殊类核壳结构也使该反式催化剂中的贵金属Ag（通常易在高温下烧结失活）被结构相当稳定的铈-铁-氧固溶体保护起来，从而在催化过程中保持相当好的稳定性。　　(4)氧化物@氧化物双相材料PdO/ZnO的制备与催化性能:通过溶剂热法制备了ZnO空心组装球，以光沉积-焙烧法在该载体表面实现了贵金属氧化物(PdO)的高效负载。研究发现，ZnO对Pd2+的强吸附能力使钯物种在ZnO空心组装球上的有效负载率高达100％。高效负载效率消除了传统方法中多次负载带来的能源与资源浪费。空心球对光的多级散射、反射及其本身较高的光子捕获中心密度，使得PdO能以较高分散度(20.4％)分布于ZnO空心球表面。良好的分散度使PdO/ZnO空心微米组装球展现出优于其它组装结构（双锥和双棱柱）的催化性能。此外，我们还发现在PdO/ZnO催化作用下的CH4完全氧化遵循CH4→CH3+·HO2→CO2+H2O的反应路径。