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固体氧化物燃料电池(SOFC)是清洁高效的能源利用装置。它的效率主要制约于阴极的氧还原反应。本文以典型的阴极催化剂La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ(LSCF)为对象,研究氧化物对其催化性能即阴极氧还原速率的影响规律,包括掺杂氧化铈、碱土元素的氧化物和过渡元素氧化物等,以增强氧还原动力学,提高中温SOFC的输出性能。第一章阐述了SOFC电解质,阳极,阴极等关键材料的种类和性质。重点介绍阴极材料及结构,特别是用浸渍法制备的含纳米粒子的阴极。介绍了纳米结构阴极的长期稳定性,分析了纳米结构阴极的制备过程和纳米颗粒生长的理论模型,同时针对不同种类的阴极材料,分析了其纳米结构的电化学性能和稳定性。第二章发现,掺杂氧化铈(SDC, SmxCe1-xO2-δ)能够明显增强LSCF上的氧还原动力学,SDC粒子可将LSCF的表面交换系数Kchem提高5倍。K-chem随着SDC粒子的负载量增加到最大值后降低,表明SDC的增强效应与SDC, LSCF和气相的三相线相关。K-chem与SDC的组成相关,在同样的负载量下,K-chem随着x先增加后降低,当x=0.2时达到最大值；进一步分析发现,Kchem与SDC的离子电导率6线性相关,即随着6的增加而增加。结果表明,SDC的自由氧空位促进了氧在LSCF表面的还原反应动力学。此外,氧还原反应的活化能基本不变,表明SDC没有改变LSCF表面的氧还原机理。第三章发现碱土金属化合物的氧还原反应的增强作用。首先,BaCO3纳米颗粒显著地提高了LSCF、LSF (La0.8Sr0.2FeO3-δ)和LSM (La0.8Sr0.2MnO3-δ)等阴极催化剂的表面氧还原反应速率。在BaCO3粒子的作用下,LSF和LSCF的Kchem都有一个数量级的增大。进一步分析发现,LSF电极的低频阻抗减小约数量级,例如,700℃时从2.54Ωcm2减小到0.26Ωcm2。Kchem的增大与低频阻抗的减少,说明BaCO3主要是提高了氧的吸附解离等表面过程。以LSF阴极,YSZ(Y0.15Zr0.85O2-δ)电解质,Ni-YSZ阳极构成的单电池,阴极浸渍BaCO3纳米颗粒后,800℃下的峰值功率输出从0.3Wcm-2增大到0.53Wcm-2。此外,BaCO3纳米颗粒提高了电极的稳定性,在7000C下、380h的测试过程中,纯LSF电极的极化阻抗增长约90%,即从2.96Qcm2增大到5.48Ωcm2,而在LSF电极中浸渍了BaCO3纳米颗粒后,界面极化阻抗基本维持在0.84Ωcm2。同时,微结构分析表明,在热处理过程中,BaCO3纳米颗粒的形貌未发生任何变化。其次,作为LSF的协同催化剂,CaO粒子展现出了特殊的性质。表面浸渍CaO粒子后,LSF的Kchem增大约10倍,但是,其界面极化阻抗没有减少,反而增大。进一步分析发现,代表氧离子传输的高频阻抗明显增大,而与表面过程相关的低频阻抗减小。如果LSF电极中的氧离子传输分为体相和表面路径,而CaO粒子阻碍了02-的表面传输。使用离子导体SDC与LSF混合,形成LSF-SDC复合阴极,解决了氧离子传输问题。750℃C下,以YSZ为电解质,浸渍3.01wt%CaO后,LSF-SDC复合电极的极化阻抗从0.83Ωcm2减小到0.42Ωcm2。浸渍CaO粒子后,单电池的输出功率密度也增加,800℃C从0.45Wcm-2增大到0.58Wcm-2。最后,SrO的作用与BaCO3、CaO均不相同,在La0.8Sr0.2FeO3-δ(LSF113)催化剂表面浸渍SrO,会形成La0.8Sr1.2FeO4-δ(LSF214), LSF214是一种An+1Bn03n+1结构的Rullesden-Popper(RP)相,由于其独特的钙钛矿层和盐岩层排布,具有较高浓度的氧空位和电化学催化活性。因此,浸渍后构成具有核壳结构的催化剂(LSF214壳-LSF113核)。与纯相LSF113相比较,这种核壳结构的Kchem提高接近15倍,并进一步降低界面极化电阻。XPS分析表明,LSF214颗粒只形成在LSF113颗粒的外表面。通过浸渍-反应途径,形成LSF214-LSF113核壳结构,是构建异质结构电极的可能方法。第四章初步研究了过渡金属元素(Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Co、Cu等)氧化物对LSCF的催化的影响。电导弛豫结果表明,Cr的氧化物降低了LSCF表面的氧还原反应速率,造成阴极中毒。其余氧化物均提高了反应速率,其中Cu的增强效应最大,Kchem提高约20倍。利用真空蒸镀技术,在LSCF表面蒸镀不同含量的CuO,同时利用SEM确定CuO的表面覆盖率θCuO以及单位LSCF面积上的三相线长度LTPB,研究Kchem与CuO蒸镀量和微结构的关系。CuO增强的表面交换系数KCuO与θCuO和LTPB均不成严格的线性关系,说明CuO增强作用可能同时发生在CuO的表面和CuO-LSCF-气相的三相线上。在测试温度范围内,CuO对整个氧还原反应的贡献率λCuO,随着温度的升高而增大。800℃C下,LTPB为1.14cm-1时,λCuO为30%,而当LTPB为增大到14.7cm-1时,CuO的贡献率接近80%。在CuO浸渍的LSCF电极中,其极化阻抗明显降低,650℃C下浸渍8.5wt%CuO后,极化阻抗从0.76Ωcm2减小到0.51Ωcm2。阻抗谱分析表明,低频阻抗明显减少。在以SDC为电解质的单电池中,使用CuO浸渍的LSCF阴极,650℃C输出功率密度从0.55Wcm-2增大到0.75Wcm-2。