水热法合成形状/尺寸可控的CeO2纳米晶体因其反应条件可控和温和而备受关注。水热合成法可以通过系统地合成参数，如不同的前驱体、反应温度、反应时间，来精准地控制晶体成核和生长的速率和均匀性。然而，当在相同水热反应条件下，使用相同或相似的前驱体合成CeO2纳米晶体，氧化铈晶体地形貌和粒径尺寸常常却不一致，甚至相互矛盾。

当以硝酸铈作为前驱体，加入氨水或NaOH作为沉淀剂，在反应初始阶段会形成Ce(OH)3，但是Ce(OH)3在室温下在空气中也不稳定，容易分解氧化为CeO2。同时我们也观察到：当反应体系暴露在空气中时，Ce(NO3)3与NaOH溶液混合物在搅拌过程中的连续颜色变化。由于形成的Ce(OH)3在后续水热反应中充当晶体种子，推测CeO2形状不一致的原因可能与Ce(OH)3的分解和氧化程度有关。换句话说，在随后的水热反应中，晶体种子的形成和/或氧化可能对氧化铈颗粒的形貌和粒径起关键控制作用。

硝酸铈和氢氧化钠混合悬浮物在搅拌过程中悬浮液的颜色变化（暴露空气中）：当往剧烈搅拌Ce(NO3)3溶液中加入NaOH时，溶液颜色由无色变为深灰色(step I, up to 6 min)，然后变成淡黄色(step Ⅱ)。具体地，在Step Ⅰ阶段，最初氢氧化钠加入的瞬间形成了淡紫色沉淀物，在剧烈搅拌下，淡紫色沉淀物在约6分钟内变成深灰色悬浮液，继续搅拌悬浮液，深灰色的悬浮液变浅，最终在20分钟内变成黄色，这表明样品发生了氧化，只有CeO2或Ce4+四价Ce(OH)4呈现黄色。继续搅拌至2小时，未观察到进一步的颜色变化。

颜色变化的原因：

为了了解颜色变化的原因，设计并进行了两次对比实验：在实验1中，以硝酸铈作为前驱体，氢氧化钠作为沉淀剂，在搅拌过程中引入了密封和不密封作为变量条件；实验2中，以硝酸铈铵作为前驱体，同样以氢氧化钠作为沉淀剂，密封和不密封进行对比处理。在实验1中，使用Ce(NO3)3，未密封样品的颜色变化如图1所示，从淡紫色到深灰色，搅拌20分钟溶液变为黄色。而密封后的样品没有出现相同的颜色变化，悬浮液仍然呈现深灰色。这两种悬浮液的唯一区别，悬浮液对空气(氧气)可及性，溶液中溶解氧的可用性和气液界面上氧的可用性。因此，当使用三价铈前驱体Ce(NO3)3时，颜色变化的可能解释如下，涉及铈前驱体的沉淀步骤(I)，然后是脱水/氧化步骤(II):，Ce3+离子与NaOH溶液混合后形成Ce(OH)3核。Ce(OH)3在空气中不稳定，在空气中剧烈搅拌，Ce(OH)3会与氧发生反应，氧化为CeO2。搅拌的作用可能与氧- ce (OH)3气固相互作用动力学有关，因此有利于通过引入搅拌形成CeO2。

在对比实验2中，由于Ce离子在Ce(NH4)2(NO3)6中具有+4价态，在Ce(NH4)2(NO3)6溶液中加入6 M NaOH，产生沉淀反应生成Ce(OH)4(黄色)，早期的颜色变化可能是由于Ce(NH4)2(NO3)6生成Ce(OH)4，在搅拌后期，沉淀悬浮液的颜色保持不变，即使是Ce(OH)4脱水为CeO2的过程中，悬浮液的颜色也并没有发生变化，因为Ce元素的价态并没有发生变化，可能机制可能涉及以下降水和脱水步骤：

Ce(OH)3晶体种子的形成(和/或形状/尺寸)在合成形状/尺寸可控的CeO2纳米晶体中起着关键作用。基于该策略，我们在不同温度和停留时间下制备了不同形貌的CeO2纳米晶体，其中Ce(NO3)3/NaOH悬浮液不搅拌，快速转移到反应釜中在不同温度和反应时间下进行水热反应。合成机理可描述如下：在Ce(NO3)3或Ce(NH4)2(NO3)6中加入NaOH可得到沉淀。以Ce(NH4)2(NO3)6为铈前驱体，在水热反应中生成Ce(OH)4并分解为CeO2，形成不规则的纳米晶体。如果采用Ce(NO3)3作为铈前驱体，Ce(OH)3晶核的氧化或扰动也会导致不规则CeO2纳米晶体的形成。形状可控的CeO2纳米棒和纳米立方只能通过快速温和的搅拌或搅拌得到

总之，Ce(OH)3晶核和氧化程度是合成不同形态的CeO2纳米晶体的关键步骤，需要严格控制。搅拌和悬浮液的氧化作用会破坏Ce(OH)3的成核和生长，导致水热反应过程中形成不规则的CeO2纳米晶体。我们展示了在水热反应前通过Ce(OH)3种子介导的形状控制合成CeO2纳米晶体的一般途径