乙烯,作为世界上拥有最大产量的化学产品之一,其产品占所有石化产品的75%以上,乙烯工业也是石油化工产业的核心,且其全球需求每年都显著增加。但是,目前乙烯的生产工艺存在着能耗高、排放重、转换率低和选择性差等难以克服的技术困难。因此,开辟一条绿色、高效的乙烯生产技术路线具有重大的意义。固体氧化物燃料电池（SOFC）是将碳氢化合物的化学能高效、环境友好地转化为电能的电化学装置。当乙烷燃料在质子导体SOFC（H-SOFC）阳极中脱氢生成乙烯和氢气时,它就成为一个生产乙烯和消耗氢气发电的H-SOFC反应器。然而,由于针对可用于阳极并具有催化脱氢能力材料的研究较少,而目前解释质子在电解质中传输机理的理论与实验现象尚存在矛盾之处,并且在阴极材料的改性实验中也出现了从宏观实验角度无法解释的现象。由此,本文针对适用于上述H-SOFC反应器的乙烷脱氢催化剂、电解质和阴极材料展开了研究,主要研究内容和研究结果如下:（1）在关于H-SOFC反应器研究中,首当其冲的目标就是要研发兼具抗积碳和乙烷脱氢催化能力的催化剂材料。基于这个原因,本研究制备了A位缺位B位有镍掺杂的钙钛矿材料La0.9Mn0.8Ni0.2O3-δ（LMN）、La0.9Cr0.85Ni0.15O3-δ（LCN）,La0.8Sr0.1Cr0.85Ni0.15O3-δ（LSCN81）和La0.6Sr0.3Cr0.85Ni0.15O3-δ（LSCN63）。将它们在还原气氛中还原,分别得到R-LMN、R-LCN、R-LSCN81、R-LSCN63和ER-LMN,将其作为乙烷脱氢制备乙烯和氢气的催化剂。1 h的还原导致镍纳米颗粒析出并嵌入类似钙钛矿基底中,而对LMN进行的6 h的过度还原导致LMN分解为La2O3、Mn O和Ni纳米颗粒。实验制备的多种催化剂的性能都随温度的升高而提升,并且LMN系的催化剂性能明显优于其他催化剂。Sr元素的掺杂使得LCN基催化剂材料的颗粒从350 nm左右略微的变小为280 nm左右。随着更高比率的Sr元素的掺杂,使得其还原产物R-LSCN63的基底颗粒相较R-LSCN81的基底颗粒更为光滑。由此可以推测更高比率的Sr的掺杂,使得在同样的还原气氛下,会使得基底颗粒溶解,从而析出较为更多的Ni颗粒。在所研究的LMN系催化剂中,R-LMN表现出最高的催化性能,在750℃时乙烷的转化率为41.6%,乙烯的选择性达到98.0%;而ER-LMN由于LMN的分解而表现出最低的催化性能。在50 h的长期实验中,R-LMN的性能基本稳定且没有产生碳的沉积;Ni纳米颗粒的缓慢生长使得乙烷的转化率略有增加,并且由于Ni纳米颗粒不断析出所导致的其表面积的增加,也使得乙烯的选择性有微许的降低。（2）近年来,关于H-SOFC电解质材料的研究表明,B位掺杂的Ba Ce O3和Ba Zr O3等材料表现出较高的质子导电性。普遍认为B位元素的掺杂使得这些材料中出现了大量的氧空位,从而得以提升它们的质子导电性。为了探究质子在这些材料中传输的机理,本研究采用第一性原理的方法,从原子尺度上研究了质子在理想Ba Ce O3（BCO）和有/无氧空位的Ba Zr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb和BZCYYb＿V）中的迁移。分别从质子迁移的两种形式即H离子形式和OH基团形式,其中OH基团形式又分为R型（O-H键旋转）和S型（O-H键平移）、质子迁移路径、迁移能量势垒、差分电荷密度、平均静电势等方面进行了研究。结果表明,在BZCYYb＿V中S型（即OH键的指向与迁移路径垂直）的OH形式是质子在实际情况下最容易进行的迁移方式。表明了质子在氧空位存在的情况下优先以OH形式迁移;Zr、Y和Yb的掺杂降低了质子迁移的静电势垒,这使得在BZCYYb中的质子迁移比在BCO中容易得多,除此之外这三种元素的掺杂使得BZCYYb的价带顶超过费米能级,从而大大提升该材料的电子电导率;并且氧空位的引入能够进一步的降低BZCYYb＿V中H形式质子迁移的静电势垒。（3）对SOFC阴极的研究表明,Sr掺杂的La Mn O3（LSM）具有良好的导电性、结构稳定性和对氧还原反应（ORR）的高电催化活性。将LSM与具有质子导电性的材料进行复合,也可胜任H-SOFC的阴极材料。然而,LSM在中温范围内催化活性显著降低。为了提高LSM阴极的电化学活性,人们将Pd O与其复合来进行改性,但在极化条件下,纳米级Pd O颗粒较差的稳定性限制了它在SOFC中的应用。之后的研究表明,在Pd O中掺入20%的Zr元素可以显著提高其热稳定性,同时其催化活性也得到了提高。为了探究Zr的掺杂对Pd O材料稳定性与其对ORR反应催化活性的影响,本文采用第一性原理计算,研究了Pd O和Zr掺杂Pd O（PZO）表面的氧还原反应特性以及相关表面的相对稳定性。结果表明,Zr元素的掺杂大大降低了PZO表面的形成能与其ORR反应的吸附能,因而PZO相较Pd O表面的稳定性和表面ORR催化活性有明显的提升。根据对比这些表面结构的缺陷形成能,得知Zr原子更倾向于取代Pd O（101）表面上的cus-Pd原子,同时通过对比表面的形成能得知PZO（101）表面比PZO（001）表面更加稳定。Pd与Zr的相互作用增强了吸附态O2分子与Pd 4d轨道的杂化,从而降低了吸附能,优化了O2的吸附性能,且吸附的氧分子倾向于在Pd O（101）表面解离。研究还发现,随着Zr掺杂浓度的增加还可以提高对O2吸附的性能,促进后续的解离过程。