氧离子导体材料具有非常广泛的潜在应用,纯氧离子导体可以应用于固态氧化物燃料电池（SOFCs）的电解质、氧传感器和氧泵等,混合电子-氧离子导体可以应用于SOFCs电极材料、氧渗透膜、气体转换和合成气生产的催化中等,目前氧离子导体的趋势是降低操作温度至500℃以下。本论文将选取混合电子-氧离子导体材料BiVO₄、NdBaInO₄和SrFeO₃三个体系进行金属离子的掺杂制造氧空位缺陷或间隙氧缺陷,探索不同结构中氧离子缺陷对材料电性能的影响。此外,也试图寻找和发现含四面体结构单元的潜在新型氧离子导体,探索了Sr₃R₂Si₆O₁₈（R=Y,Gd）本体及制造氧缺陷组分的合成与LaRbMo₂O₈材料的合成。具体开展工作如下:1)对于白钨矿材料BiVO₄,对比了固相合成与激光气动悬浮合成对Bi_1-xSr_xVO_4-0.5x固溶体的固溶区间的影响,在激光气动悬浮法合成Bi_1-xSr_xVO_4-0.5x的基础上,对样品进行了中子衍射、同步辐射测试以及51V核磁共振测试,确定氧空位在结构中的稳定和氧离子迁移机制,结合Bi³⁺位掺Na+引入氧空位缺陷探索了掺杂剂对本体材料的离子导电行为、相变及禁带宽度的影响。结果表明:在Bi_1-xSr_xVO_4-0.5x中,激光气动悬浮技术可以获得更宽的固溶区,Sr²⁺的引入提高了本体材料的电导率和降低了相变温度,对本体材料禁带宽度没有影响,材料电性能不受合成方法的影响,中子衍射和同步辐射获得了组分的平均结构,51V核磁共振谱证明了掺杂后样品中V2O7二聚体的存在;Na⁺改善了本体的低温电导率,未改变相变温度和禁带宽度。2)在类钙钛矿NdBaInO₄中,分别在Nd³⁺和Ba²⁺位进行了不等价取代,探索物相的合成以及掺杂剂对材料电性能的影响,课题组成员对Nd_1-xM_xBaInO_4-0.5x（M=Ca,Sr,Ba）组分进行了原子静态晶格模拟和分子动态模拟。结果表明:Ca²⁺,Sr²⁺,Ba²⁺取代Nd₃₊制造氧空位缺陷的固溶体中,Ca²⁺为最好的掺杂剂,固溶区最宽（≤20%）,电导率最高;通过电导率-pO2测试和氧浓差电池测试确定了Ca²⁺掺杂样品中明显的氧离子导电行为和氧离子迁移数;结合尺寸效应和理论计算支持了Ca²⁺为最好掺杂剂,并确定了材料Nd_1-xM_xBaInO_4-0.5x中氧空位最优迁移路径;Ce⁴⁺取代Nd³⁺只能引入少量的间隙氧,电导率无明显改善,组分Nd_0.95Ce_0.05BaInO_4.025还原后电导率大幅下降,不适用于燃料极材料;Ba²⁺位掺Nd³⁺/La³⁺或In³⁺位掺Nb⁵⁺引入间隙氧很难形成固溶体。3)在可逆相变材料SrFeO₃中,在Fe⁴⁺位掺少量Zr⁴⁺稳定立方相结构,研究材料的物相合成与电导率和面比电阻;在还原态钙铁矿Sr₂Fe₂O₅材料基础上,Sr²⁺位掺杂La³⁺/Pr³⁺,减少本体氧空位的量以提高材料的混合电导率。实验结果表明:少量Zr⁴⁺可以短时间稳定氧化态立方相结构于还原气氛中,极化电阻需进一步减少;适量调节造孔剂乙基纤维素的量可以降低SrFeO₃材料的极化电阻,La³⁺/Pr³⁺掺杂可以提高本体材料在5%H₂/Ar中的电导率,但单电池性能需进一步改进。4)为了寻找含四面体结构单元的新型氧离子导体,在含四面体Si3O9三元环的荧光材料Sr3R2Si6O18（R=Y,Gd）中进行了本体、调节Sr/R比例制造氧缺陷和Sr2+位掺Na+形成氧空位组分的合成;同时,对含MoO4四面体材料LaRbMo2O8进行了合成尝试。结果表明:a)除Sr3-xNaxY2Si6O18-0.5x（x=0.3,0.5）组分可以获得单一物相外,其余组分均含少量杂质,本体材料中Sr3Y2Si6O18的电导率明显高于Sr3Y2Si6O18的电导率,在Na+掺杂的Sr3Y2Si6O18样品中,Na+的引入有效降低了本体材料的成相温度和提高了电导率,b)通过固相法800℃-10h获得四方相LaRbMo2O8粉末,结合VT-XRD和DSC数据,证实了材料升温至580℃发生相转变生成一个新物相,降温至400℃开始出现四方相并在150℃左右为单一四方相结构。