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随着新能源行业的快速发展,高能量锂空气电池等二次电池得到越来越多的关注,而缓慢的氧还原和氧析出动力学过程成为阻碍其性能提高的重要因素。锰以其独特的d电子结构而具有潜在的高氧还原和氧析出电催化活性,同时具有储量丰富、价格低廉、环境友好型等优势,因此锰基材料以其具有的结构特性和资源优势成为最具竞争力的空气正极电催化材料之一。由于我国锰矿品位低、杂质含量高,目前高纯锰基材料制备成本高、污染严重,严重影响锰基电催化材料的研究,难以发挥其资源优势,本论文通过调控金属阳离子不同溶液中的溶度积变化实现了锰基材料的提纯净化,为锰基电催化材料合成提供基础锰源:利用复浸方法富集锰离子,提高了硫酸的利用率,MnSO4浓度由19.4 g L-1提高到72.3 g L-1,钙镁的浸出率分别降低76.68%和65.33%;以Ba(OH)2和NH4HCO3沉淀剂进行正反方向的耦合净化,实现了锰与杂质离子的高效分离,锰回收率分别达96.54%和99.2%,得到满足电池行业标准要求的高纯硫酸锰;通过生命周期评价与传统电解方式进行了对比,能源消耗、硫酸用量降幅分别达70%和36%,CO2排放仅为59%。针对锰基材料表面结构和电子结构对电催化活性的影响,本论文通过原位水热法合成了以 δ-MnO2单分子层包覆于 MWCNTs表面的δ-MnO2@MWCNTs复合材料:(002)为主的晶面和表面丰富的氧空位有利于O2的吸附,放电产物的定向生长则保证了充放电过程顺畅的电荷转移和氧传输通道;以δ-MnO2@MWCNTs复合材料为正极催化剂的Li-O2电池100 mA g-1电流密度下最大放电比容量达28517 mAh g-1,放电过电势仅为0.14 V,在高限容(4000 mAh g-1)和超高电流密度(1000 mA g-1)下仍能循环20圈,具有高的电化学可逆性。通过Fe元素对锰基电催化材料电子结构进行了优化,合成了具有高ORR和OER活性的双效锰基电催化材料:锰基优化材料的Mn-O键长缩短,d-band中心正移,大幅增强了催化剂表面与LiO2的结合能,减小了电池的充电过电势,1000 mAh g-1限容和100 mA g-1电流密度下以Fe优化锰基材料为正极催化剂的Li-O2电池可稳定循环270圈,同时能够在高限容(4000 mAh g-1)和超高电流密度(1000 mA g-1)下稳定循环35圈。