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本发明提供一种双层钙钛矿型储氧材料及其制备方法和应用,所述储氧材料是利用碱土金属或稀土金属M对双层钙钛矿La2Fe2O6的镧位、利用过渡态金属N对所述双层钙钛矿La2Fe2O6的铁位进行掺杂取代得到的复合金属氧化物,其化学组成符合化学通式La2‑xMxFe2‑yNyO6,其中0≦x≦2,0≦y≦2,x为所述碱土金属或稀土金属M的摩尔分数,y为所述过渡态金属N的摩尔分数。本发明提供的双层钙钛矿型储氧材料具有成本低廉、高活性和高热稳定性的优点,有望成为太阳能集热热化学分解CO2和/或H2O的有效技术。