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随着科学技术和工农业建设的迅速发展，以及世界人口的急剧增加，能源消耗日益增大。煤、石油、天然气等化石燃料作为不可再生能源终会耗尽，且由于常规发电技术效率低，化石燃料燃烧释放出的废气对环境造成污染。开发绿色能源和高新的发电新技术是能源领域的重要方面。作为固态电解质，高温质子导体以其能够传递质子的特殊性能，在核能、固体氧化物燃料电池等新能源领域具有广泛的应用价值。 传统的钙钛矿型质子导体存在一系列缺点阻碍其实际应用。如铈酸盐材料化学稳定性差，易与气氛中水蒸气、二氧化碳和硫化氢发生反应。而锆酸盐材料烧结温度过高，电导率低，尤其在低温阶段有高晶界电阻。 为克服以上问题，开发具有高化学稳定性和高电导率的新型质子导体材料迫在眉睫。本论文主要研究新型镧基非钙钛矿型质子导体的目的就在于此。论文所研究的主要材料体系以La为基本组成元素，通过变换其与W、Mo和Si元素之间的化学计量配比，得到La28-yW4+yO54+δ、 La2Mo2O9和La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2三种具有非钙钛矿结构的材料，通过改变制备方法、低价离子掺杂等方法改善材料性能，利用一系列材料表征手段分别对三类材料的合成、成相、烧结、微观形貌、机械性能及电化学性能等方面进行了系统的研究。具体内容分列如下: (1)通过K+部分取代La3+，增加氧空位从而提高(La1-xKx)27.08W4.92O55.38-θ的质子导电性能，并同时改善其机械性能。通过固相反应法合成(La1-xKx)27.08W4.92O55.38-θ质子导体，单一的萤石结构可以在1150℃煅烧后得到，K+掺杂的固溶极限x≤0.08。从室温至1500℃，(La1-xKx)27.08W4.92O55.38-θ的收缩率随K+含量增加而降低。1550℃烧结得到的陶瓷相对密度≥98％。晶粒尺寸为3～4μm且随K+的掺入逐渐增加。少量的K+掺杂可提高维氏硬度，其中(La0.98K0.02)27.08W4.92O54.84具有最高的硬度8.60 GPa。由于氧空位的引入和晶粒尺寸的增大，少量K+掺杂的(La0.98K0.02)27.08W4.92O54.84质子电导率即有明显提高。 (2)通过W6+掺杂La2Mo0.8W1.2O9克服相变，且采用溶胶-凝胶法制备粉体降低合成温度，并通过浓差电池研究其质子电导性能。对凝胶前驱体的热分析表明，从室温到1000℃总重量损失约62％，在温度T＞662℃凝胶前驱体中所有有机成分被完全除去。低温700℃后煅烧可得到单一的β-La2Mo2O9纯相。La2Mo0.8W1.2O9陶瓷的烧结过程开始温度～800℃并结束于～1110℃，总收缩约20％。1100℃烧结8h所得陶瓷的相对密度≥96％。用La2Mo0.8W1.2O9为电解质建立的氢浓差电池研究了材料的质子迁移数。结果表明，温度从450℃升高到600℃，La2Mo0.8W1.2O9的质子迁移数tH+从0.803逐渐减少到0.313。La2Mo0.8W1.2O9材料的质子迁移数在高温阶段随温度升高而降低，提出了Mo6+在还原气氛下被还原成Mo4+和Mo5+而产生电子电导降低质子迁移数的机理。 (3)K+和W6+双掺杂La2Mo2O9达到既克服相变，又提高电导率和还原性能。采用固相法合成La2-xKxMoWO9-δ材料。950℃煅烧的粉末样品可得到单一的β-La2Mo2O9相，且K+掺杂的固溶极限为x＜0.07。La1.97K0.03MoWO9-δ粉体具有最大的平均颗粒尺寸。K+掺杂能够降低La2-xKxMoWO9-δ陶瓷的烧结温度。La1.97K0.03MoWO9-δ具有最高的电导率，在800℃空气和5％ H2/Ar混合气中电导率分别为3.15×10-2 S/cm和14.77×10-2 S/cm，而La2MoWO9在相同条件下电导率分别为1.59×10-2 S/cm和8.25×10-2S/cm。La1.97K0.03MoWO9-δ电导率是La2MoWO9电导率的两倍。而且，W6+单掺杂可以提高材料的还原性、降低电子电导，K+和W6+双掺杂样品则具有比W6+单掺杂更好的还原性、更低的电子电导。 (4)对比不同La含量的La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2材料性能，研究其在含H2或水蒸气气氛中的导电性能。采用共沉淀法制备了La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2材料。热分析表明沉淀前驱体总失重达70％，917.5℃可去除有机物残留。XRD显示可在1000℃煅烧得到单一的磷灰石相，且随La含量增加，材料的晶胞c轴晶胞常数减小。SEM分析显示1550℃烧结的陶瓷致密，相对密度达到96％以上。在空气中La10Si6O27具有最高的电导率，750℃为2.5×10-4 S/cm。La10Si6O27和La9.8Si6O26.7在氢气中电导率低于氧气中电导率。潮湿的气氛会降低La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2材料的电导率。由于水蒸汽填补氧空位同时质子在La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2晶格中传递受阻。