二氧化铈由于具有良好的储存/释放氧的性能(OSC)和优秀的氧化还原性质,而被广泛应用于三效催化剂中,通常作为催化剂的载体,负载贵金属或金属氧化物后用于CO、NOx、HC等污染物的消除。人们常通过对CeO2掺杂形成固溶体、设计控制CeO2的形貌,以改变其氧化还原性质及催化活性。研究铈基催化剂的构效关系,对设计新型高效催化剂具有重要意义。本文结合原位红外和固体核磁等手段,主要对以下两个问题进行了研究:(1)铈锆固溶体中CuO物种分散状态,对其NO消除反应活性的影响;(2)确定不同形貌二氧化铈的暴露晶面,分析其表面的氧物种。具体为以下几点:1.铈锆固溶体中铜物种分散状态对催化剂的NO还原活性有较大影响。在较低温度下,催化剂表面吸附的硝酸盐物种会发生分解,产生N2O,较高温度下,催化剂表面会生成-NCO物种,它是生成N2的重要中间体。铜物种的分散状态对以上两个反应都有较大的影响:表面分散Cu物种可以与载体形成一个不稳定的五配位结构,该结构使得Cu物种更容易被还原,同时加强了 Cu与载体的协同效应,从而使Cu/CZ有更优秀的催化活性;体相掺杂Cu物种进入了 CZ的立方萤石晶格,部分取代了四价离子的位置,形成一个相对较稳定的结构,其中Cu物种较难被还原,使其在NO消除反应中活性较低。2.制备了具有相似尺寸的不同形貌的CeO2八面体、立方体、纳米棒,通过各种表征发现,所制备的CeO2立方体主要暴露{100}面,CeO2八面体暴露{111}面,CeO2纳米棒的暴露面则相对复杂,且纳米棒的表面存在大量的缺陷。比较它们在CO氧化中的活性后,发现各样品的初始Ce离子价态,和表面氧空位浓度均不是决定CeO2活性的唯一因素,通过CO吸附原位红外我们发现,不同晶面上,CO分子吸附的行为有着很大的差异,结果表明,CeO2暴露晶面的差异导致了催化剂对CO和碳酸盐物种吸附方式的差别,{111}晶面在CO气氛中可能具有更高的表面还原度,使得CeO2八面体和纳米棒样品的活性高于CeO2立方体。3.通过DNP加强固体核磁共振手段对天然丰度的CeO2进行了表征,观测到了团簇态的氧空位Vo2,其表面相对含量与CO氧化活性呈现正相关的关系。另一方面,H217O在CeO2表面的选择性富集过程呈现很强的晶面相关性,我们发现不同形貌的样品上氧离子的迁移能力和迁移行为有很大的区别,氧空位存在的位置亦有一些不同。这些手段可以在未来用以研究氧化铈的结构与其表面氧物种之间的关系,进而达到研究氧化铈的构效关系的目的。