禁带宽度增加，导带更负，价带更正，使得光生电子的还原能力增强。能级间距发生分裂还能导致材料的光、电、磁性能的显著不同。
(4)隧道效应
隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力。经研究发现，一些宏观量也具有隧道效应，如量子相干器中的磁通量以及电荷，微颗粒的磁化强度等，他们能够穿过宏观系统的势垒而产生变化，所以称为宏观量子隧道效应[8]。 1.1.2 纳米材料的制备
纳米材料的制备在当前纳米材料科学的研究中占有极其重要的地位，新的制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。按制备原料状态分为：气相法、液相法和固相法。
（1）气相法[9，10]
气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气体蒸发法制备的纳米微粒主要具有如下特点：表面清洁；粒度整齐，粒径分布窄；粒度容易控制；颗粒分散性好。气相法通过控制可以制备出液相法难以制得的金属、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。气相法包括溅射法、气体蒸发法、化学气相反应法、化学气相凝聚法等，其中应用较多的是化学气相反应法和气体蒸发法
[11]
。
溅射法是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量，使得靶
材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等。
气体蒸发法是指在惰性气体或活泼性气体中将金属合金或陶瓷蒸发汽化然后与惰性气体冲突冷却凝结或与活泼性气体反应后再冷却凝结而形成纳米微粒。
化学气相反应法，又称化学气相沉积法简称CVD，是利用金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需要的化合物在保护气体环境下快速冷凝从而制备各类物质的纳米微粒。
化学气相凝聚法简称CVC法，是利用气态原料在气相中通过化学反应形成基本粒子并进行冷凝合成纳米微粒。
（2）液相法
液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒。液相法具有设备简单。原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，主要用于氧化物系超微粉的制备。包括沉淀法，喷雾热解法，乳液法，溶胶-凝胶法，其中应用最广的是溶胶 凝胶法、沉淀法[11]。
沉淀法是指包括一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，将溶剂和溶液中原有的阳离子洗去，经热解或热脱即得到所需的氧化物粉料。沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均相沉淀法等。采用该法时，沉淀剂的过滤、洗涤剂溶液的pH值、浓度、水解速度、干燥方式、热处理等均影响微粒的大小特点是操作简单，但易引入杂质，难以制备粒径小的纳米微粒。
喷雾热解法是将含所需正离子的某种盐类的溶液喷成雾状，送入加热至设定温度的反应器内，通过反应生成微细的粉末颗粒。
乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相，这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而可形成球形颗粒，又避免了颗粒之间进一步团聚。微乳液法具有实验装置简单，能耗低，操作容易；所得纳米粒子粒径分布窄，且单分散性、界面性和稳定性好；与其它方法相比具有粒径易于控制，适应面广等优点。
溶胶-凝胶法是指前驱物质（水溶性盐或油溶性醇盐）溶于水或有机溶剂中形成均质溶液，溶质发生水解反应生成纳米级的粒子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶。该法具有在低温下制备纯度高，粒径分布均匀，能制得化学活性大，单组分或多组分分级混合物的优点。
（3）固相法
固相法是通过固相到固相的变化来制备粉体，基础的固相法是金属或金属氧化物按一定的比例充分混合，研磨后进行煅烧，通过发生固相反应直接制得超微粉，或者是再次粉碎得到超微粉。在该法的尺寸降低过程中，物质无变化：机械粉碎（用球磨机，喷射磨等进行粉碎），化学处理（溶出法等）。固相法包括热分解法，固相反应法，高能球磨法。固相反应不使用溶剂，具有高选择性、高产率、低能耗、工
艺过程简单等特点。
热分解法包括喷雾干燥、焙烧和燃烧等方法，用于盐溶液快速蒸发、升华、冷凝和脱水过程，避免了分凝作用，能得到均匀的盐类粉末如将一定配比的金属盐溶液用离子喷雾器在干燥室内与不同浓度的气流接触，快速蒸发分解该盐溶液，得到纳米微粒。
高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击，研磨和搅拌，将金属或合金粉碎为纳米级颗粒[12]。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体，为发展新材料开辟了新途径。 1.1.3 纳米材料的应用
（1）在催化上的作用
纳米催化剂作为新一代高效环保催化剂，在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域有很好的应用。殷蓉等[13]发现TiO2光催化剂对甲醛降解实验有很好的催化活性，重复使用10次左右，该催化剂的活性无明显下降。赵玉翠等[14]发现以合适的制备工艺条件将TiO2制成多孔结构是提高其光催化活性的有效途径之一。
（2）在陶瓷工业上的应用
纳米陶瓷(nanometer ceramics)是指晶粒尺寸在100 nm以下的多晶陶瓷。广义地讲，纳米陶瓷材料包括:纳米陶瓷粉体，单相和复相的纳米陶瓷，纳米-微米复相陶瓷和纳米陶瓷薄膜[15]。纳米陶瓷复合材料具有良好的力学性能和优越的高温性能等，是当今材料科学研究的重要课题。
（3）在汽车工业中的应用
利用纳米材料特殊的抗紫外线、抗老化、强度高、韧性好、静电屏蔽效应良好及抗菌消臭功能强，开发和制备新的汽车涂料、纳米复合材料车体、纳米动机和纳米汽车润滑剂与尾气净化剂等具有广泛的应用和开发前景。自上世纪90年代以来，纳米科学得到迅速的发展，纳米技术也层出不穷，并开始涉及汽车尾气净化行业。采用纳米技术制造的汽车尾气催化器能够提高催化效率，减少贵金属消耗，降低生产成本。张敬超等[16]指出在CO催化氧化中纳米催化剂的催化活性和选择性大大优于常规催化剂，纳米复合稀土催化剂在汽车尾气控制方面前景诱人。
（4）在生物医学上的应用
纳米技术突飞猛进，作为纳米技术的重要领域的纳米生物工程、纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料也取得了辉煌的成就。新的化学和生物传感技术使生物研究获得巨大发展，生物学研究技术的最新成就之一就是纳米传感器的开发。同时，随着纳米科技与现代医学和生物学的交叉与渗透，纳米生物医学正在迅速形成一个崭新的研究领域。纳米结构材料及相关纳米技术在组织引导再生与修复、药物的靶向输送和控制释放、纳米尺度物质的生物学效应和安全性评价等方面已经取得了一系列进展[17]。
总之，纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、可塑性陶瓷金属间化合物以及性能各异的原子规律复合材料等新一代材料，为克服材料科学研究领域中长期存在的问题开辟了新的途经。纳米材料科学是一门新兴的并正迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米无机氧化物是纳米材料的重要组成部分，而稀土氧化物又是一个亮点，其中纳米二氧化铈的制备具有极其重要的现实意义。 1.2 二氧化铈
铈是人类的应用中最早应用的稀土元素，它是火石的主要成分，而人类应用火石己有数千年的历史。20世纪60年代初期，我国金属铈的生产走向了工业化，70年代铈的生产技术更加的成熟了。80年代初，金属铈的生产技术有了重大突破，采用了氧化铈熔盐电解法来制备铈产品，该技术的电流效率和金属回收率比较高，生产作业条件和环保状况相对较好。因此，氧化铈电解法逐步代替了氯化铈电解法，金属铈的规范化生产跃上了新的台阶。90年代以来，我国金属铈及其稀土混合金属的生产发展更加迅速。铈产品除在国内大量传统应用外，在高科技技术上的使用（如永磁材料及贮氢材料等的应用）也有更新的进展，出口量激增。因此，我国已成为世界铈及其稀土混合金属的生产大国、应用大国和出口大国，并均居全球首位，估计今后仍将维持着这种发展态势[18]。
金属铈拥有独特的物理和化学性质，在钢铁、有色金属及合金、发火合金、永磁材料和贮氢材料等工业领域中有广泛的应用，它的发展前景较好。
铈的熔点为799 ℃，沸点为3426 ℃，密度为8.240 g/cm3（α）(25 ℃)，为灰色活泼的金属，是镧系金属中自然丰度最高的一种。在空气中失去光泽，加热时燃烧，
与热水迅速反应，溶于酸。用于制造打火石、陶瓷和合金等。大多数铈盐及其溶液为橙红色到橙黄色，具有反磁性和强氧化性。二氧化铈用于抛光精密玻璃制品，也可做玻璃去色剂和用于生产有色玻璃，硝酸铈用于制造白炽灯罩。
我国具有十分丰富的铈资源。据报道，我国铈的工业储量约为1600万吨（以铈计），为今后大力发展铈品工业创造了优良的基础条件。 1.2.1 二氧化铈的应用
二氧化铈（CeO2）熔点超过2600℃，是铈的相当稳定的氧化物，它属于立方晶系，晶体结构为萤石型（如图1.2.1a所示），其中Ce的配位数为8，氧的配位数为4。即使在缺氧的情况下形成大量的氧空位，仍然能保持萤石型晶体结构。
图1.2.1a CeO2的晶格结构
二氧化铈有强氧化性，为白色或黄白色固体，难溶于水。二氧化铈是一种廉价、用途极广的轻稀上氧化物[19]，己被用于发光材料、抛光剂、紫外吸收剂、汽车尾气净化催化剂、玻璃的化学脱色剂、耐辐射玻璃、电子陶瓷等。二氧化铈的物理化学性质可能直接影响材料的性能，如：超细二氧化铈加入不但可以降低陶瓷的烧结温度，还可以增加陶瓷的密度，大比表面积可以提高催化剂的催化活性，且由于铈具有变价性，对发光材料也具有重要意义。
（1）催化剂上的应用
随着汽车产量激增，汽车尾气严重的污染了大气，对环境造成了相当大的危害。环境治的理和控制汽车尾气的排放已然成为全球保护环境亟待解决的重大问题。汽车尾气净化催化剂有很多种类，早期使用的Cu、Cr、Ni等金属催化活性较差、起燃温度高、容易中毒，后来使用的Pt、Pd、Rh等贵金属作催化剂具有活性高、寿