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进入21世纪以来,随着经济的快速发展,资源短缺、环境污染、温室效应等问题更为突出,金属-空气电池作为新型绿色能源得到了快速的发展。但是金属-空气电池阴极氧还原反应（ORR）速率低下,严重限制了其性能发挥和实际应用,因此开发高效的ORR催化剂势在必行。锰基氧化物由于其储量丰富、环境友好、ORR催化性好等优势目前得的广泛关注,通过对其进行调控和改性可进一步提升其ORR催化活性。本文通过表面修饰、掺杂、复合等方式对催化活性相对较高的两种锰基简单氧化物α-MnO2和δ-MnO2进行改性,以提高其氧还原催化活性。作者完成的主要工作如下:（1）通过高温烧结和液相反应两步法制备了直径为10 nm左右纳米Ag颗粒负载于高比表面积的α-MnO2的复合催化剂,通过反应控制,优选了微观形貌和电化学性能最优的50wt%Ag含量的Ag-MnO2复合催化剂进行研究。通过旋转圆盘电极测试得出,复合催化剂的起始电位和半波电位比α-MnO2催化剂分别正移140和120 mV,比Ag/C催化剂分别正移50 mV和30 mV,其ORR催化反应过程为4电子转移步骤。而且50%Ag-MnO2催化剂的稳定性较好,高于α-MnO2和Ag/C催化剂的稳定性。将其作为铝-空气电池阴极催化剂时,以4 M KOH水溶液为电解液,以高纯铝为阳极,此时铝-空气电池的放电功率密度最高达到204 mW cm-2,均高于采用α-MnO2和Ag/C催化剂的铝-空气电池性能。该催化剂制备工艺简单,是非常有潜力的可用于放大生产的催化剂材料。（2）通过液相法制备了银离子掺杂的负载于活性炭的水钠锰型二氧化锰（δ-MnO2）,通过电化学性能以及元素成分分析得出17%Ag-MnO2/C的电催化活性最高,其半波电位为0.8 V（vs.RHE）,远高于MnO2和Ag/C的半波电位数值,接近Pt/C的性能,其表面发生ORR反应的电子转移个数为3.83.9,近似为4电子转移过程,ORR反应过程中过氧化氢的产率低于5%。该催化剂的长期恒流稳定性较好,经过46000 s衰减后,电流保持率仍有97.1%。将其作为铝金属-空气电池的阴极催化剂,以4 M KOH水溶液为电解液,多元铝为阳极,在室温下电池的最高输出功率密度可达到315 mW cm-2,远高于未经掺杂改性的MnO2/C和贵金属Ag/C催化剂,且制备方法简便快捷,易于放大。（3）为了进一步提高δ-MnO2的电化学催化活性,分别制备了稀土金属元素La/Ce离子掺杂的负载于活性炭的水钠锰型δ-MnO2催化剂,对两类掺杂催化剂的结构和形貌进行了详细表征,并对催化剂的电化学性能和在铝-空气电池中的应用进行了测试和表征。通过实验对比,确定5%La-MnO2/C的ORR催化活性得到大幅度提高,通过氧气吸脱附（O2-TPD）测试得出La掺杂后的锰氧化物对氧气的吸附能力增强,是引起催化活性提升的原因;对于4.8%Ce-MnO2/C催化剂来说,其ORR催化活性提升的原因与La-MnO2/C的不尽相同,该催化剂的O2-TPD测试结果显示其对氧的吸附能力并未增强,结合电化学循环伏安曲线测试和分析,得出4.8%Ce-MnO2/C催化剂对ORR催化性能提升原因归结为:一是增大的比表面积,4.8%Ce-MnO2/C的比表面积为186 m2 g-1,约为MnO2/C表面积的3倍;二是Ce离子掺杂所引发Mn3+/Mn4+组合对ORR反应活性有促进作用。将5%La-MnO2/C和4.8%Ce-MnO2/C两种材料分别应用于铝-空气电池阴极,最高输出功率密度分别可达到348.8 mW cm-2和312 mW cm-2,对后者作为阴极催化剂的铝-空气电池以100 mA cm-2恒流性能测试,经过300多小时的放电,电池的恒流衰减率只有2%/100 h,远低于MnO2/C。（4）采用液相法合成了碳负载的Ni离子掺杂的水钠锰型二氧化锰复合催化剂,其OER性能较未掺杂材料有很大改善,提出了可充固态电解质铝-空气电池思路,并进行了初步尝试,铝-空气电池的放电功率密度可达到130 mW cm-2。综上所述,本研究通过贵金属修饰,金属离子掺杂及插层的方式极大的改善了锰氧化物的ORR催化活性,将所制备催化剂应用于铝-空气电池,均取得了优异的放电性能和恒流稳定性。所开发的催化剂制备方法简便易行,为金属-空气电池性能的提升和催化剂的商业化生产提供思路和指导。