固体氧化物燃料电池（SOFCs）代表了一种清洁、高效、通用的化学能-电能转化技术,将其工作温度降低到中温（650-850℃）甚至低温范围（400-650℃）具有较好的应用前景。然而,降低操作温度的主要障碍在于中低温时阴极侧的氧还原反应（ORR）活性较差。因此,在上述温度范围内探索具有良好ORR活性的阴极材料至关重要。最近,混合离子和电子导体（MIEC）阴极以其良好的中低温性能被广泛研究。其中,基于SrCoO_3-δ（SC）的固体氧化物是目前作为MIEC阴极的研究热点之一。本论文通过两种方式研究目前性能表现较好的中低温SOFC阴极材料。一是研究了掺杂剂浓度在改变ORR活性方面的作用。二是探索了晶体取向和ORR活性之间的关系。两项研究均将外延薄膜电极作为系统模型。具体研究内容和结果如下:1.研究中低温固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极La_1-xSr_xCoO_3-δ（从x=0到x=0.8）薄膜的电子传导性和氧还原反应活性。薄膜材料可以避免微观结构和晶体取向带来的外部干扰,以便更好地解释化学成分、电子电导率和ORR活性之间的复杂关系。随着Sr掺杂浓度的变化,观察到电子电导率和极化电阻均发生改变,在x=0.4的Sr掺杂浓度下,薄膜电极具有最佳的电子电导率与极化电阻。Co³⁺/Co⁴⁺的变化解释了电极的电子电导率和氧还原活性随着Sr掺杂浓度的提高（从x=0到x=0.4）而改善。随着Sr掺杂浓度的进一步增加,超过0.4的掺杂条件有利于氧空位的增加,可以通过平衡系统电荷的Co²⁺的存在来证明。因此,Co³⁺/Co⁴⁺不再是表面氧还原的最佳选择。增加的氧空位为表面氧还原反应过程提供了更多的氧离子交换位点,同时却会使电子传导性变差,进而降低了氧还原过程的电荷转移效率。尽管氧空位的浓度增强,但是高掺杂浓度的LSCO薄膜,非最佳的Co³⁺/Co⁴⁺和较差的电子电导率协同地引起氧还原活性的降低。2.基于SrCoO_3-δ掺杂的新型材料,关于其不同取向的外延薄膜的设计制备及性能研究。通过使用Sr₂Sc_0.1Nb_0.1Co_1.5Fe_0.3O_6-δ（SSNCF）外延薄膜,探索了其作为低温SOFC阴极的可能性。研究发现:SSNCF薄膜与目前低温下性能较好的La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_3-δ阴极薄膜有着相近的性能表现。不同晶体取向的SSNCF薄膜,与沿[100]方向生长的SSNCF/SDC/YSZ薄膜电极相比,沿[110]方向生长的SSNCF/YSZ表现出更优异的ORR活性。通过表面元素分析发现,Sr的表面富集和较低的Co离子氧化态对ORR性能不利。本研究所涉及的外延薄膜材料具有结晶性良好、表面平整度高、可重复性较好的特点,有利于在材料性能对比时排除不可控微结构所带来的影响。第一部分工作研究了Sr掺杂的La_1-xSr_xCoO_3-δ（LSCO）阴极薄膜的Sr掺杂对氧还原反应活性与薄膜表面结构的影响;第二部分工作探索了新型Sr₂Sc_0.1Nb_0.1Co_1.5Fe_0.3O_6-δ（SSNCF）阴极外延薄膜制备方法,并研究了其性能的各向异性。对固体氧化物燃料电池阴极材料之间的性能对比具有一定的参考价值。