本发明提供了一种不对称双相复合透氧膜的制备方法，具体过程如下：将氧离子导体和氧离子-电子混合导体组成的双相复合透氧膜片打磨平整，超声清洗，烘干，保护透氧膜片一面，另一面裸露放到1.0～50％酸性溶液中浸渍，浸渍温度为10～80℃，浸渍10～360小时，形成不对称双相复合透氧膜。本发明制备出的不对称双相复合透氧膜的多孔载体具有高的空隙率和集中的孔径分布，并且多孔载体层和透氧膜层能够很好的融合在一起而不发生分离。不对称双相复合透氧膜具有高的氧渗透性，并且在还原气氛下具有的高的化学稳定性及高的结构稳定性，制备的不对称复合透氧陶瓷膜可用于从含氧混合气中选择分离氧气和用于膜反应器转化天然气为合成气。