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本文紧紧围绕着“碳基燃料中低温SOFC阳极相关材料”这一主题开展研究工作。主要工作包括如下两部分:一是研究CeO2基碳基燃料中低温SOFC阳极内重整催化剂，开发出Fe掺杂花状CeO2用于SOFC内重整催化剂;二是研究钙钛矿结构的碳基燃料中低温SOFC阳极材料。设计并合成了一种具有高催化活性的Ni掺杂的铁酸锶镧(La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1O3-δ)对称电极材料，该材料在电池运行环境下被原位还原偏析出均匀的纳米尺寸Ni-Fe合金催化剂颗粒。 研究了Y、Yb、Sn、Mn、Fe掺杂的花状CeO2微球，发现花状CeO2微球在不同元素掺杂时，产物形貌表现出较大的差异。通过研究反应过程中前驱体颗粒粒径分布和前驱体浓度的变化，将液相反应分为三个过程:Ce3+水解生成10～20nm的颗粒;以纳米颗粒为中心形成葡萄糖(GLC)和丙烯酰胺(AM)的共聚物;聚合物卷曲、收缩将纳米颗粒包裹。分析了液相反应过程中各反应物的作用:Ce3+作为目标产物的重要组成部分，在水解过程中形成纳米颗粒;AM在配制前驱体时起到了稳定Ce3+的作用，防止其与GLC发生络合作用;液相反应过程中GLC起到了稳定Ce3+水解的作用，以及防止纳米颗粒团聚的作用;发生聚合反应时GLC和AM为反应单体。对比不同金属离子的沉淀pH值，发现沉淀pH值在7～9之前的阳离子可能作为花状CeO2的掺杂元素，该结论和实验结果符合较好。TPR研究结果显示，Fe掺杂的花状CeO2微球(Fe-CeO2)在催化碳基燃料还原方面表现出较好的性能。 研究了Fe-CeO2微球作为SOFC内重整催化剂的性能，研究发现Fe-CeO2在中低温度下具有良好的内重整催化性能，600℃单电池在H2中的峰值功率密度约为300mW/cm2，在CH4中的峰值功率密度约为230mW/cm2。Fe-CeO2可以有效地延长单电池在碳基燃料中的使用寿命，含有内重整层的单电池可以在干甲烷中稳定放电130h。研究发现Fe-CeO2结构稳定，其表面形成的的Fe2O3-CeO2纳米复合结构可能是其催化性能的来源。长期放电后发现单电池仍然有少量积碳，但是分析发现这些积碳可以通过优化电池结构来缓解。 根据不同组成的钙钛矿材料的稳定性和催化性能，设计了一种中低温燃料电池的对称电极材料La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1O3-δ。采用固相法合成了该材料，在SOFCs工作气氛下在La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1O3-δ材料表面原位偏析出均匀的Ni-Fe的纳米合金颗粒，Ni-Fe合金颗粒附着在稳定性较高的LaSrFeO4相表面，构成了理想的催化体系。 将La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1 O3-δ和La0.6Sr0.4FeO3-δ的前驱液浸渍到多孔的YSZ一体化电池的多孔层中并经高温处理得到对称结构的单电池。相比于无掺杂Ni的电池，Ni掺杂的电池在H2为燃料时有更高的输出功率。并且在700℃和750℃下对碳基燃料都具有更好的催化性能。La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1O3-δ为电极的电池，以H2为燃料，在650℃、700℃和750℃下，电池峰值功率密度分别约为160 mW/cm2、250mW/cm2和300mW/cm2。在700℃下，以CH4和C3H8为燃料，电池的峰值功率密度分别约为120 mW/cm2和150mW/cm2。研究中发现温度超过750℃长期放电过程中会产生大量焦油状物质。GC-MS分析发现该物质主要为含有碳环的烃类化合物。在700℃进行放电，则不会产生这类物质。上述研究表明La0.6Sr0.4Fe0.9Ni0.1O3-δ是一种性能优异的中低温碳基燃料SOFC阳极材料。 采用水热法制备了Na3(TiO)2(PO4)2F，利用变温中子衍射技术研究了该材料当中Na离子可能的迁移路径，发现Na离子在晶格中的迁移路径为沿ab轴平面的二维扩散。作为Na、Li离子电池负极材料，Na3(TiO)2(PO4)2F显示出较好的循环性能和倍率性能。原位XRD测量结果显示，在作为Li离子电池负极材料时，充放电过程主要为固溶反应，同时在首周可能存在少量不可逆相变。