固体氧化物燃料电池（SOFC）以其清洁、高效、燃料来源广等优点被认为是当前最有应用前景的新能源技术之一。基于SOFC长期稳定运行的要求,降低其工作温度已经成为目前研究的热点。传统的中低温SOFC阴极材料较低的催化活性制约了其技术发展。目前在中温SOFC中应用较广的是钙钛矿型阴极材料,包括La_1-xSr_xMnO_3-δ（LSM）、Ba_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ（BSCF）、La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ（LSCF）等。BSCF在中低温时具有较好的催化活性,但其稳定性较差,而LSM虽然有较好的稳定性,但其在中低温时几乎没有离子导电性。基于核壳结构的复合阴极（BSCF表面包覆LSM）可以实现材料稳定性和高催化活性的双重优化。复合阴极核壳结构中存在壳层和核体的界面结合,通过密度泛函理论的计算发现LSM（100）晶面的La/Sr-O与BSCF（100）晶面的Co/Fe-O界面结合能为-11.72eV,由于其结合能低于其他界面,是最可能存在的稳定化界面。复合阴极表面Mn顶位对O₂有强烈的吸附,吸附氧与基体以化学键结合且存在电荷转移。LSM与BSCF的氧空位形成能分别为1.61eV与0.13eV,因此,BSCF更容易形成氧空位,这也是BSCF氧离子导电性高于LSM的原因之一。与BSCF的结合可以降低LSM的氧空位形成能,增强LSM的氧吸附和氧扩散性能。计算还发现单相BSCF容易吸附CO₂,而BSCF与LSM的复合相很难吸附CO₂,因此可以避免BSCF的阴极毒化效应。在LSM与BSCF的界面处,氧离子的传导是通过LSM中的氧离子迁移到BSCF的氧空位来完成的。可以采用过渡态搜索NEB法模拟这个过程,计算得到氧离子扩散势垒为0.66eV,表明O^2-在界面处的传输易于进行。计算结果从理论上揭示了核壳结构阴极具备高催化活性和高稳定性的原因。在中温时,LSCF表现出比BSCF更好的稳定性,通过在LSCF的阴离子位置掺杂适量的F（LSCFF）可以提高其氧还原性能。因此,构建了SOFC阴极的阴离子掺杂模型,对LSCFF中掺杂F的作用机理进行了计算分析,研究了F掺杂前后的氧吸附、氧空位以及氧扩散等过程。结合实验得出以下结论:LSCF和LSCFF都对O₂有强烈的吸附作用,F掺杂对LSCF的氧吸附能力有一定提升。适量的F掺杂可以通过降低氧离子迁移势垒以提高LSCF的氧还原活性,但过量的F掺杂则会降低LSCF中的氧空位浓度,从而降低LSCF阴极的电化学性能。