氧还原反应(oxygen reduction reaction，ORR)由于迟滞的动力学成为限制燃料电池、锌空电池等先进能量存储与转化器件的发展的瓶颈，开发高催化活性氧还原催化剂成为当前研究的热点。Pt族金属以及合金等催化剂具有最出色的催化性能，然而它们昂贵的价格和在地壳中的低储量阻碍了它在大规模的工业生产中的应用。MnO2因其储量丰富、价格低廉、环境友好及较好的催化氧还原反应活性而得到的科学家们的广泛关注。但是MnO2的导电性较差，不利于氧还原反应的发生。而金属元素掺杂被认为是一个有效的改善MnO2电催化性能的方法，因此研究金属元素掺杂对MnO2电催化性能的提升的机理对氧还原催化剂的生产和应用有重要意义。　　在此论文中，首先通过量子化学密度泛函理论(density functional theory，DFT)来确定Pd元素在MnO2材料中最合适的掺杂位点，理论结果表明Pd以取代MnO2骨架中Mn的形式掺杂时催化剂具有最好的电化学催化活性。然后在理论研究的指导下分别合成了Pd掺杂位点不同的二氧化锰样品，并对样品的物理化学性质以及材料催化性筚进行了测试和表征，得到的实验结果与理论数据能相互映证，Pd以取代MnO2骨架中Mn的形式掺杂得到的样品具有最好的电催化活性。我们的研究结果为金属元素掺杂的锰系氧还原催化剂的设计和合成提供了新的思路。除此之外，进一步探究了Pd元素掺杂含量对MnO2材料电催化性能的影响，通过电化学测试以及对样品表面性质等的分析，确定当掺杂量为3wt.％时催化剂具有最优的催化性能。将Pd掺杂的MnO2与碳纳米管进行复合，并将其运用到锌-空气电池中，复合催化剂表现出优良的倍率性能以及循环充放电稳定性。