MnO2(水钠锰矿)是一个自然界普遍存在的锰三/四价态混合的水合氧化物。它能较好地吸附金属阳离子及氧化多种有机化合物。近些年来通过扩展X射线吸收精细结构谱仪(EXAFS)，X射线吸收近边结构谱仪（XANES），X射线衍射(XRD)，傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)等技术手段证明在土壤和植物根际环境，过渡金属大部分是跟天然有机物、小分子有机物或其它的土壤有机物相互螯合，如柠檬酸铜。柠檬酸在自然界中普遍存在，包括源于自然环境（植物和细菌的渗出物）和人为制造（食品添加剂，香皂等等）。在pH中性条件下，柠檬酸跟铜会产生1比1三配位基络合物，即柠檬酸铜。铜会通过水解反应沉淀或变成氢氧化铜。　　首先，本研究探讨了在有氧自然环境条件下可能发生的柠檬酸铜和二氧化锰的反应过程。试验结果发现，不同反应体系的MnⅡ溶出反应速度常数（柠檬酸铜和二氧化锰前1小时反应）从最大到最小分别为:铜Cu(Ⅱ)＞柠檬酸铜1∶0.5比例＞柠檬酸铜1∶1比例（有氧）＞柠檬酸＞柠檬酸铜（缺氧）。所有含铜的曲线现象都不像柠檬酸的S形曲线的现象。这些结果说明铜配体环球在前1小时内的重要性。通过毛细管电泳仪器我们检测到了一个丙酮二羧酸铜络合物产物及一些氧化产物（包括丙酮二羧酸，乙酰乙酸，乙酸和丙酮）。通过柠檬酸铜1∶1的物质平衡计算，表明一部分的柠檬酸铜在二氧化锰表面被吸附[柠檬酸铜]ads;丙酮二羧酸的降解是通过一个铜/MnO2表面的催化。XPS结果证明了二氧化锰的还原和铜价态的变化(CuⅡ还原CuⅠ); XPS O1s电子轨道证明了二氧化锰晶体结构里面含有H2O分子，据此我们推测柠檬酸铜络合物的主要反应是在二氧化锰的表面上。　　此前研究通过动力学公式估算丙酮二羧酸铜[CuL]1-的反应常数，并利用红外与XRD证明存在一个NaCuL-xH2O化合物。但关于丙酮二羧酸铜的[CuL(H2O)2]1-络合物还存在很多未解决的科学问题。试验发现，紫外/可见光谱显示了三个峰，即246nm，209nm及与757nm相关的金属烯醇C=C双键π→π*，一个配体电荷转移金属LMCT和[CuL(H2O)2]1-的d-d电子轨道转移。酸碱滴定实验得到了三个新的pKa值:pKa1=3.78±0.10，pKa2=4.78±0.10 and pKa3=6.19±0.09。动力学反应常数kuL在H2O，D2O也在有氧（空气）和缺氧（氮气）随着时间的脱羧基速率发生变化。得到了k值及pH/pD动力学速率曲线。在重水和缺氧（氮气）的溶液脱羧基的反应的pH/pD值为4.0-5.5，动力学反应常数增加了2-5倍。这个pH/pD范围离pKa2很近所以可能这个是分子内的一个质子转移，发生在丙酮二羧酸α-碳的CH2基团在C=C双键形成的时候。利用电化学循环伏安法、动力学同位素效应、Marcus理论和原位红外得到的结果支持这个铜的氧化还原质子转移结果。在pH5.5以上，丙酮二羧酸铜的C=C双键的π键会变成更稳定然后铜配体环球的内层配体水会进行到水解反应，并生成丙酮二羧酸铜固体沉淀。　　进一步研究柠檬酸铜与一个化学制备的水钠锰矿/二氧化锰[MnO1.62]3.64+（MnⅣ/MnⅢ）在缺氧条件下的反应。紫外/可见光全扫描结果显示两个π→π*峰，一个在220nm，另外一个在260nm;一个铜d-d电子轨道转移在740nm和一个肩峰在838nm指示的Jahn-teller畸变。虽然紫外和可见光谱的数据柠檬酸铜表明最外层应该是3d9，但是利用EPR电子共振检测在pH值5.5和7.0柠檬酸铜，结果显示铜的外层电子3d10通过一个化合物内层质子发生转移。柠檬酸铜的3d轨道和柠檬酸配体的氧2p轨道有重叠。柠檬酸铜跟二氧化锰反应的紫外和可见光结果证明有Jahn-teller畸变MnⅢ(477nm和486nm)的溶出。为了探讨477nm和486nm的来源，利用MnⅢ投加实验追踪MnⅢ跟0.8mM柠檬酸铜会有什么样的变化。结果发现477nm和486nm即MnⅢ的特征峰。根据柠檬酸铜的特征3d9/3d10外层，XPS结果显示二氧化锰的晶体和表面上含有CuⅢ、CuⅡ和CuⅠ。XRD分析表明在pH5.5和pH7.0条件下，柠檬酸铜与二氧化锰（水钠锰矿）的反应主要是在的MnⅣO67.XX(A)(001)晶面之间。