固体电解质是一类重要的功能材料。它们在燃料电池，化学传感器，氢、氧气的电解制备、分离和提纯，分子泵，氮的氧化物消除器，硫化氢消除器，有机物的催化氢化和脱氢，核聚变反应堆废气中的重氢、超重氢等氢的同位素气体的回收利用，常压合成氨等方面具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景。传统的固体电解质材料钇稳定的氧化锆（YSZ）因其高的氧离子导电性及在氧化还原气氛中的化学稳定性而在电化学装置中得到普遍的应用。但是，由于其工作温度高，将会导致一系列严重问题，包括制作成本提高，电解质和电极成分通过界面扩散，难密封，材料易老化，等。由于中温电化学装置能够兼有高温和低温电化学装置的许多优点：（1）较快的电极反应速度；（2）较高的CO等杂质容忍性能；（3）较好的密封材料及连接材料选择性；（4）较简单的电化学装置结构；（5）较容易的水、热管理；等，因而，寻求能够在中温（100⁶00℃）下工作的离子导体已成为开发这类中温电化学装置的关键。最近，一类新型中温无机固态离子导体—AP₂O₇（A=Sn, Ti, Ge, Si, Zr）基四价金属焦磷酸盐因在100⁶00℃下具有良好的离子导电性能而引起了人们的极大兴趣。但至今关于焦磷酸盐的中温导电性集中于中温质子导电性研究，有关它们的氧离子导电性能、质子与氧离子的混合离子导电性能及离子导电机理的报道极少。基于以上情况，本论文主要对Sn_1-xR_xP₂O₇(R=M³⁺, M²⁺)固体电解质的中温电性能及应用进行了研究。主要研究工作及结果如下：（1）第一章—绪论。简要介绍了一些典型的固体电解质材料，有关的缺陷化学及离子传导机制，固体电解质材料的一些应用。概述了SnP₂O₇基中温电解质材料的研究背景，提出了本论文研究内容及研究意义。（2）第二章—SnP₂O₇的制备及其中温电性能研究。研究了反应物磷酸浓度、磷与锡的初始摩尔比例（Pini/Sn）及热处理温度对产物SnP₂O₇相纯度及电性能的影响。通过研究发现，1)制备单一立方相SnP₂O₇的最佳条件为：采用85%的浓H₃PO₄、热处理温度为500℃、初始磷与锡的摩尔比例（Pini/Sn）为：（Pini/Sn）≥2.4；2)热处理温度对样品电导率有着显著影响：σ（800℃）<σ（600℃）<σ（500℃）；3)实验气氛对样品电导率有着显著影响：σ（dry air）<σ（wet air）<σ（wet H2）；4)初始磷与锡的摩尔比例（Pini/Sn）对电导率也有着显著影响：σ（Pini/Sn=2.2）<σ（Pini/Sn=2.4）<σ（Pini/Sn=2.8）<σ（Pini/Sn=3.0）。当初始磷与锡摩尔比例Pini/Sn=2.4时，产物中磷与锡的摩尔比例Pfin/Sn=2。研究了Pfin/Sn=2的样品的中温（50–250℃）导电性能。该样品在氢气气氛中的离子、质子、氧离子和电子迁移数分别为ti=0.96–0.98，tH=0.76–0.79，tO=0.17–0.21，te=0.02–0.04，该样品在氢气气氛中几乎是一个纯离子导体，其中，质子导电为主，同时具有一定的氧离子导电和少量的电子导电。在氧分压pO₂为1¹0^-10atm范围，电导率σ与氧分压pO₂的关系logσ–log（pO₂）基本上成一直线，表明样品在此氧分压范围是一个纯的离子导体；而在氧分压pO₂为10^-1010^-20atm范围，电导率随氧分压的降低而升高，表明样品在此氧分压范围是一个离子与电子的混合导体，这与由氢浓差电池电动势得到的结果相一致。（3）第三章—Sn_1-xGa_xP₂O₇的制备及其中温电性能研究。制备了Sn_1-xGa_xP₂O₇（x=0.00,0.01,0.03,0.06,0.09,0.12,0.15）系列电解质样品。XRD测试表明，Sn_1-xGa_xP₂O₇的掺杂限度为9mol%。掺杂离子浓度x对样品电导率有着显著的影响：σ （SnP₂O₇）<σ （x=0.01）<σ（x=0.03）<σ （x=0.06）<σ （x=0.12）<σ （x=0.09）。x=0.09的样品在干燥空气、湿润H₂气氛中175℃下，电导率分别达到最大值2.9×10-2S·cm^-1、4.6×10-2S·cm^-1。氧浓差电池电动势的测定结果表明，样品在干燥空气气氛中是一个氧离子与空穴的混合导体；氢浓差电池电动势的测定结果表明，在还原性气氛下样品主要表现为质子导电。掺杂离子浓度x为0.09的样品的燃料电池性能测试表明，在150℃、175℃下，其最大输出功率密度分别为19.2mW·cm^-2，22.1mW·cm^-2，表明x=0.09的样品是一个潜在的中温燃料电池的电解质材料。（4）第四章—Sn_1-xSc_xP₂O₇的制备及其中温电性能研究。制备了Sn_1-xSc_xP₂O₇（x=0.03,0.06,0.09,0.12,0.15）系列电解质样品。XRD测试表明，Sn_1-xSc_xP₂O₇的掺杂限度为9mol%。掺杂离子浓度x对样品电导率有着显著的影响：σ （x=0.12）<σ （x=0.03）<σ （x=0.09）<σ （x=0.06）。实验气氛对样品的导电性质也有着显著影响：σ （dry O₂）<σ （dry H₂）<σ （wet O₂）<σ （wet H₂）。x=0.06的样品在湿润H₂气氛中200℃下，电导率达到最大值2.8×10-2S·cm^-1，主要表现为质子导电，同时具有一定程度的氧离子导电和少量的电子导电。样品燃料电池性能测试表明，在150℃下，其最大输出功率密度分别为11.2mW·cm^-2（x=0.03），25.0mW·cm^-2（x=0.06）和14.3mW·cm^-2（x=0.09），表明x=0.06的样品是一个潜在的中温燃料电池的电解质材料。（5）第五章—Sn_1-xM_xP₂O₇(M=In³⁺, Mg²⁺)的制备及其中温电性能研究。制备了Sn_0.97In_0.03P₂O₇、Sn_0.95Mg_0.05P₂O₇及Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇。XRD测试表明，样品衍射峰位置与强度均与立方相SnP₂O₇相同。在湿润H₂气氛中，Sn_0.97In_0.03P₂O₇在175℃下，Sn_0.95Mg_0.05P₂O₇在200℃下， Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇在150℃下的电导率分别达到最大值为：2.9×10-2S·cm^-1，5.9×10-2S·cm^-1；5.0×10-2S·cm^-1。三个样品的燃料电池在175℃下的最大输出功率密度分别为：30.7mW·cm^-2(Sn_0.97In_0.03P₂O₇)，19.1mW·cm^-2(Sn_0.95Mg_0.05P₂O₇)和33.9mW·cm^-2(Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇)，表明这些样品也是潜在的中温燃料电池的电解质材料。（6）第六章—Mg²⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷的制备及电性能研究。将浓磷酸与多孔状Mg²⁺掺杂的SnO₂反应并在较低温度下热处理制备了致密的Mg²⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷(5mol%Mg²⁺)。热处理温度（600℃）远低于通常高温烧结温度（约1200℃）。在干燥氢气气氛中275℃下，复合陶瓷样品的电导率达到最大值3.8×10-2S·cm^-1，比1200℃下烧结的Sn_0.91Zn_0.09P₂O₇陶瓷在氢气气氛中的电导率(2.4×10-4S·cm^-1)高了两个数量级。这可能与高温烧结下陶瓷样品中磷的挥发有关。用本文方法制得的致密复合陶瓷电解质燃料电池具有良好的电池性能，在150℃、200℃、及250℃时的最大输出功率密度分别为：39.7mW cm^-2，66.9mW cm^-2和93.7mW cm^-2。本文方法不仅对于制备致密SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷电解质燃料电池、提高电池性能具有简便、有效的优点，也可以用于制备致密ZrP₂O₇-ZrO₂、TiP₂O₇-TiO₂等复合陶瓷电解质燃料电池。