CeO₂作为一种稀土氧化物，因其具有独特的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，被广泛应用于多相催化反应中。纳米化后的CeO₂在尺寸、表面结构及粒子间相互作用力等方面均发生了突变，使其兼具了纳米材料独有的特性，这对材料的催化性能有着显著的影响。特别是在目前催化氧化处理挥发性有机废气（VOCs, Volatile OrganicCompounds）缺乏高活性高耐性催化剂的背景下，CeO₂纳米材料将成为VOCs催化氧化处理技术最具开发潜力的催化剂之一。本文采用水热法成功制备了形貌各异的CeO₂纳米材料，包括：纳米棒、纳米颗粒和纳米立方体。并对其精细结构、氧化还原性能和甲苯催化性能进行了系统研究。发现CeO₂纳米材料的形貌对于其催化性能有着显著影响，这是由晶面本身的性质决定的。主要暴露活泼晶面{110}和{100}的CeO₂棒状纳米材料较传统的纳米粒子（主要暴露{111}面）具有更优的甲苯催化性能。而纳米立方块虽然表面主要暴露高活性的{110}和{100}晶面，但其大尺寸、高结晶度的特性大大降低了表面活性物种浓度，使其表现出最差的甲苯催化活性。在此基础上，为了更深入地研究CeO₂纳米材料的甲苯催化性能，本文选取活性最高的CeO₂纳米棒为催化剂，考察铈源及工艺条件对甲苯氧化的影响。研究表明，由醋酸铈制备的CeO₂纳米棒产率高，高径比大，表现出最强的催化活性，硫酸铈次之，氯化铈最差。经过不同气氛预处理后的CeO₂纳米棒甲苯去除率差异不大，但对CO₂选择性影响较大，经过5%H₂/Ar还原后， CO₂选择性上升。空速增加，甲苯初始浓度增加，甲苯去除率降低，但在较大的空速范围内，CeO₂纳米棒都表现出良好的催化性能。随后，本文对不同形貌CeO₂纳米材料上甲苯的吸附-氧化过程进行了原位红外研究，以探明其催化氧化过程机理。结果发现，甲苯吸附在此系列催化剂上，甲基首先受活性氧攻击，生成苯甲醛、苯甲酸和苯酚等物质，部分苯甲酸直接开环生成马来酸和其它低级羧酸中间产物，加入氧气和升高温度，完全氧化为碳酸盐类物质，最终分解为COx和H₂O。羧酸盐类等中间产物的深度氧化较困难，一般是甲苯氧化的控制步骤。因此，甲苯深度氧化的难易程度很可能是决定CeO₂纳米材料催化活性的关键因素。此外，材料的甲苯吸附容量也是催化剂活性的重要影响因素。CeO₂纳米棒表面拥有较多的活性氧物种，低温贫氧条件下也能启动羧酸类物质的深度氧化，是其具有高活性的主要原因。