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固体氧化物电解池是一种高效、清洁的能源转换装置，可以直接将电能转换为化学能，即把H2O和CO2电解为H2和CO。研究固体氧化物电解池对发展和高效利用清洁能源，应对能源危机和环境污染问题具有重要的意义。目前传统的Ni基复合电极在高温电解H2O和CO2时易氧化，需要还原气氛保护;而其他陶瓷基钙钛矿型电极材料自身催化活性较低，因此研究发展具有良好催化活性和氧化还原稳定的新型复合电极材料成为迫切需求。本论文针对陶瓷基电极催化活性不足的问题从以下几个方面做了系统的研究: 第一，设计新型的A位缺陷B位掺杂活性金属元素Cu的钙钛矿型钛酸盐材料:(La0.2Sr0.8)0.9Ti0.9Cu0.1O3-δ(LSTCO)，实现了在La0.2Sr0.8TiO3+δ(LSTO)基体上原位可逆生长铜纳米金属催化剂。由于钙钛矿型材料自身具有良好的氧化还原稳定性，高温还原处理使铜纳米金属颗粒从La0.2Sr0.8TiO3+δ(LSTO)基体中脱溶析出，铜纳米金属催化剂与LSTO陶瓷基体的协同作用改善了电极的催化活性。在800℃、2.0V电解电压下电解H2O，无论是在有和无还原气体保护的气氛下，以LSTCO为阴极的固体氧化物电解池的法拉第电流效率都提高了20％左右。 第二，通过将具 有多重价态的活性Mn元素掺杂到La0.2Sr0.8TiO3+δ钛酸盐材料的B位来提高基体材料的氧空位浓度，从而改善钛酸盐材料高温条件下化学吸附CO2的能力和催化性能。实验表明无论是在氧化还是还原条件下，La0.2Sr0.8Ti0.9Mn0.1O3+δ(LSTM)的离子电导率都比La0.2Sr0.8TiO3+δ(LSTO)的高1-2个数量级，同时LSTM的CO2化学吸附能力也提高了1个数量级。在800℃，以LSTM为阴极的固体氧化物电解池直接电解CO2的最高电流效率几乎达到了100％。 第三，设计新型的电极材料实现纳米金属颗粒从基体材料中原位析出与氧空位的结合形成多相催化位，不仅可以改善电极的催化活性，而且可以提高电极高温化学吸附CO2的能力。通过改进的燃烧法制备Ce1-xNixO2(x=0，0.05，0.10，0.15和0.20)。经过高温还原处理，Ni纳米颗粒从二氧化铈基体中脱溶析出镶嵌在基体表面并与CeO2基体中的氧空位结合形成多相催化位。实验结果表明Ce1-xNixO2(x=0，0.05，0.10，0.15)的电化学性能随着Ni含量的增加而提高。以Ce0.85Ni0.15O2为阴极的固体氧化物电解池展示出了最好的电化学性能，在800℃和1.8V电解电压下，其电解CO2的电流效率达到了82.8％。 第四，通过简单的水热法在La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)表面原位生长NiO纳米片阵列，通过NiO纳米片阵列独特的二维结构和性能可以显著提高LSCM电极的催化性能。在800℃电解H2O，无论是在有和无还原气体保护的气氛下，以NiO纳米片阵列修饰的LSCM为阴极的固体氧化物电解池的法拉第电流效率都提高了50％左右。 第五，采用水热法在La0.8Sr0.2MnO3(LSM)电极上构建多孔的Co3O4纳米线阵列，实现了对LSM电极修饰改性。Co3O4纳米线阵列独特的结构和Co3O4自身高的催化活性改善了中低温条件下LSM电极的催化性能。在700℃，以Co3O4纳米线阵列修饰的LSM为阳极的质子型固体氧化物电解池电解H2O的最大电流效率是71.64％，比LSM的高30％左右。