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开发高性能的空气电极催化剂可提高电化学性能并降低电池成本,具有重要的研究价值。本论文主要从合成高比表面积的超细纳米粒子以及特殊晶面暴露纳米材料的可控合成着手以提高锰氧化物的电催化活性。采用改进的共沉淀法与水热法制备锰氧化物催化剂,同时,为进一步拓展所制备Mn304八面体的应用领域,以其为前驱体合成了LiMn2O4锂离子电池正极材料。论文主要研究结果如下：首次将MnOx/CeO2固溶体用于电催化反应,采用改进的共沉淀法制备了系列MnOx/CeO2固溶体超细纳米粒子,研究了Mn/Ce配比、煅烧温度对电催化活性的影响。研究发现将MnO2与Ce02形成固溶体后作为氧还原催化剂,使得O2在催化活性位点(即Mn4+所处位置)的移动性得到显著提高,导致更多吸附到空缺位的氧分子被活化,促进了大电流下氧还原过程的进行。另外Mn4+进入Ce02晶格能抑制Ce02晶体的生长,从而得到高比表面积的MnOx/CeO2固溶体,显著增加了氧还原活性位点,进一步促进了大电流放电下对O2催化能力。以KMnO4为原材料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作还原剂和结构导向剂,不使用任何表面活性剂或模板剂,采用水热法合成了形貌规则,尺寸均一的Mn304八面体,研究了不同DMF加入量及水热温度对所得产物形貌的影响。研究发现在该水热体系中,决定Mn304形貌的主要因素为溶剂组成和水热温度,通过采用Time-dependent形貌演化的研究方法发现八面体Mn304的形成是伴随着自组装机制和Ostwald成熟机制的晶体生长过程。电化学测量结果发现具有截顶八面体形貌的Mn304具有最优的电催化性能。结合物相表征结果可推断具有高能级晶面暴露可能导致截顶八面体Mn304上02越容易得到电子被还原,从而具有比普通Mn304纳米粒子更高催化活性。以Mn304八面体为前驱体,通过固相锂化反应合成了LiMn2O4八面体作为锂离子电池正极材料,与采用溶胶凝胶法合成的普通纳米粒子进行了性能对比研究。研究发现采用化学锂化氧化物前驱体的方法可以很好控制目标材料的八面体形貌,从而大大提高材料的电化学性能。在1C倍率下,LiMn2O4八面体材料首次放电容量为122.7mAhg-1,200次循环后的容量保持率为84.8%。与LiMn2O4内米粒子对比八面体LiMn2O4电化学性能得到明显提高的原因可能如下：(1)该材料在充放电过程中能形成更加稳定的SEI膜,从而抑制充放电过程中Mn的溶解,提高循环性能；(2)合成的八面体具有良好的结晶度和单晶结构。