纳米氧化锆表面同时具有酸性和碱性，因此它同时具有氧化性和还原性，既可以作为催化剂，也可以作为催化剂载体使用。
1. 纳米氧化锆作为单一催化剂
纳米氧化锆催化剂在一氧化碳加氢合成异丁烯、CO2 加氢生成甲醇等方面有较为重要的应用。研究发现高比表面积、大孔体积、小粒径且具有较好单分散性的纳米氧化锆，在CO2 加氢的反应中表现出较高的转化率，使用纳米氧化锆为催化剂制备的甲醇也表现出较高的选择性。
2、纳米氧化锆复合催化剂
采用不同方法制备的不同的纳米氧化锆复合催化剂在结构、物质性质、催化活性及反应选择性上有较大的差异。纳米氧化铜/纳米氧化锆浆状催化剂在加氢反应时，不需要添加甲醇脱水剂就可以直接合成二甲醚。
经过纳米氧化锆改性的氧化钴/二氧化硅催化剂的失活可以得到的抑制。催化剂稳定性也得到的提高。
在Pt/氧化铝和含有纳米氧化锆的样品上吸脱附行为、表面反应及催化剂氧化活性，在使用纳米氧化锆掺杂后催化活性均提高。
3、纳米氧化锆作为催化剂载体
纳米氧化锆负载Fe催化剂在F-T合成反应中对低碳烯烃有较高的选择性，研究表明，铁负载量的大小对三氧化二铁/纳米氧化锆催化剂的F-T的催化活性有很大的影响。当铁负载适量时催化剂可以保持较高的催化活性。
纳米氧化锆负载铜在催化剂CO/H2,CO2/H2 合成甲醇、NO2 的分解、醇氨脱氢合成氨基酸、CO的氧化及丙烯的氧化方面都具有较好的催化性能。使用纳米氧化锆负载相比其他材料负载相比有优势。
以氧化锆为载体的Cu/ZrO2环己醇脱氢催化剂具有较高的催化活性，环己酮的收率可以到到85%，环己酮脱氢选择性接近99%，并且具有较好的稳定性和使用寿命。
4、纳米氧化锆作为催化剂助剂
纳米氧化锆具有较好的分散性，研究表明助剂的类型及分散性可以提高CO的转化率，降低甲烷的选择性，提高低碳烃的选择性。催化助剂的分散性越好，加氢制低碳烃的反应效果就越好。
综上，纳米氧化锆以其较好的纳米材料特性，在催化剂领域得到了广泛的应用，具有较好的应用前景。颗粒均匀，粒径小，分散性好，比表面积大都起到了较为关键的作用。
宣城晶瑞生产的纳米氧化锆Vk-R30，平均粒径30nm，比表面积30 m2/g，在催化剂领域已经广泛应用。