储氧材料是汽车尾气净化催化剂的关键材料，决定催化剂的性能和使用寿命，随着排放法规的日益严格，提高催化剂的热稳定性及氧化还原性能显得越发重要。CeO2 是汽车尾气净化催化剂的一个重要组分，它最主要的作用是通过化学反应实现储氧和放氧；它还能够促进贵金属的分散，增加Al2O3 载体的热稳定性，增强水气转化及水蒸气重整反应，提高金属?载体界面的催化活性。但在温度1123 K以上，CeO2 容易发生烧结，失去多孔结构，从而使储氧能力和比表面积降低，进而导致催化活性的下降。因此，提高材料的热稳定性及活性非常重要。研究表明，稀土、过渡金属、贵金属的掺杂都能在一定程度上提高CeO2 的热稳定性、储氧能力和催化活性,而以Zr离子的掺杂效果最为明显。
研究发现，离子半径较小的Zr4+(0.084 nm) 取代离子半径较大的Ce4+(0.097 nm)，会引起CeO2 晶格畸变，一方面可形成更多的缺陷和晶格应力，另一方面可以补偿由Ce4+向Ce3+变化引起的体积膨胀，从而降低氧离子扩散的活化能，有利于体相氧的迁移和扩散，提高其氧化还原性能。相比于纯CeO2，Zr离子掺杂后热稳定性较高，另一方面，CeO2-ZrO2固溶体的高储氧能力可以减少催化剂中贵金属的用量，从而降低催化剂的成本。CeO2-ZrO2 混合氧化物的氧化还原行为和储氧能力取决于多种因素：包括氧化物的组成、结构、织构、相均一性和预处理等，其中相均一性起到了重要作用。CeO2-ZrO2 的储氧能力本质上取决于其结构，Zr4+的引入增强了形成结构缺陷的能力，这些缺陷有利于还原性质的提高。与纯CeO2 相比，CeO2-ZrO2混合氧化物不仅具有更好的氧化还原性质，而且具有较低的起始还原温度和更高的还原度。结构骨架中的Zr 作为“输送者的角色”帮助捕获氧原子并转移给Ce 原子，进而提高其储氧能力。总的来说，低温和中温下高Ce 组成的CeO2-ZrO2 体系性能较好，而在高温下，高Zr 含量的样品由于其固有的热稳定性和相对低的烧结速率而能维持材料的性能。为平衡Ce 和Zr 的作用，有待于寻找Ce、Zr 的最佳摩尔比。有研究表明，在CeO2 中加入20%~50%摩尔分数的Zr 可得到储氧值高的材料。
尽管相比于纯CeO2，CeO2-ZrO2 固溶体在热稳定性、氧化还原性质及储氧能力方面有了很大的提高，但CeO2-ZrO2 依然存在很多问题，如高温下的织构性能稳定性较差，比表面积较小，在较高温度下易发生相分离等。近年来发现CeZrM 多元复合氧化物有望成为更好的储氧材料。法国罗地亚公司已申请了很多相关专利。我国清华大学也有CeZrLa和CeZrLaPr等三元或四元氧化物的相关专利。这类材料具有特定的比表面积和还原性能，并且热稳定性很好。CeO2-ZrO2 固溶体改性的效果取决于掺杂离子的性质和掺杂量。例如，有报道指出，La 的加入有利于CeO2-ZrO2织构性能的稳定和还原性的增强，La 加入量为5%摩尔分数时样品具有最高的热稳定性和最高的储氧能力。