作为固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）的电解质材料,多晶氧离子导体的晶粒和晶界电导率都对材料的整体电学特性具有重要的影响。本文以掺杂CeO₂基和掺杂Bi₂O₃基氧离子导体为研究对象,以稀土发光光谱作为探测局域晶体结构变化的探针,研究掺杂及制备条件对氧离子导体局域晶体结构的影响,并由此研究对材料的晶粒电导率的影响机制;通过调控陶瓷材料的烧结温度,结合深入的电化学阻抗数据分析,研究显著影响材料晶界电导率的晶界杂质清扫效应的内在机制。具体如下:一、以Eu³⁺离子的光致发光作结构探针,结合Raman光谱,研究了Sr掺杂对GDC氧离子导体的结构调控,从而深入理解了阳离子掺杂对GDC氧离子导体的晶粒导电的调控机理。两个Gd³⁺被一个Ce⁴⁺和一个Sr²⁺取代时,Sr²⁺引入的新的氧空位总会存在于Sr²⁺的最邻近位置,这将导致_αE^bulk轻微增加;同时,本来位于Gd³⁺/Eu³⁺旁的氧空位会从Gd³⁺/Eu³⁺的近邻配位位置向Ce⁴⁺离子的配位位置移动,这将导致E_α^bulk减小。本章基于光致发光光谱和Raman光谱得到的结构变化结果与电学特性的结果吻合很好,说明该策略对于探究氧离子导体在掺杂诱导下的结构变化及对应的氧离子传导机理方面具有重要的应用前景。这对于通过优化阳离子掺杂种类提高氧离子导体的电学性能具有重要意义。二、以Dy³⁺离子的光致发光谱作为结构探针,初步探究了Dy/W共掺杂Bi₂O₃氧离子导体同时具有高电导率和还原气氛下具有高结构稳定性的结构起源,发现该氧离子导体很可能具有天然的核壳结构,W掺杂剂位于外层提高了化学稳定性,Dy掺杂剂位于内层提高了氧离子电导率。三、基于合适的实验条件控制和深入的晶界电导率数据的分析,在Sr掺杂GDC这一极具代表性的氧离子导体中,阐述清楚了文献广泛报道但是存在较大分歧的晶界杂质清扫效应的具体作用机制。发现当掺入晶界杂质清扫剂Sr时,只有当烧结温度高于清扫剂Sr与Si等晶界杂质的共熔温度时,才能观察到晶界杂质清扫效应导致晶界电导率增加;而当烧结温度低于清扫剂Sr与Si等晶界杂质的共熔温度时,Sr²⁺不但不能清扫晶界杂质反而会增加晶界杂质覆盖比率而减低晶界电导率。同时,Sr²⁺的引入还会通过降低晶界数目和空间电荷势的大小,这将导致电解质的整体晶界电导率的增加;Sr²⁺的引入还会通过减弱杂质稀释效应而在一定程度上减小晶界电导率。此项研究结果对深入理解之前广泛报道的各种晶界清扫剂对晶界电导率的影响机制,特别是晶界杂质清扫效应的机制,具有重要意义。