锌空气电池具有原料成本低、比容量高、机械可替换、对环境友好等优点,对于锌空气燃料电池（ZAFC）更兼有以下优点,如更高的比能量密度、更具吸引力的成本、更好的环境适应性和只需要提供一个标准电源的快速现场能源再补给。本论文首先利用控制锰氧化剂和不同的还原剂反应,通过简单的水热合成方法制备出四种晶相结构的MnO₂。采用XRD、SEM和TEM等手段对催化剂材料的组成、微观结构和表面形貌进行定性分析和观察,测试评价并探讨了四种MnO₂在碱性条件下的氧还原和氧析出性能。实验结果显示,α-MnO₂具有较高的氧还原反应活性其半波电位与商业Pt/C仅相差0.032 V,而α-MnO₂的氧析出催化活性有待进一步提高,通过EIS、BET等手段,研究其电催化活性的影响机理。同时,将合成出的不同催化剂材料设计并组装成可充电ZAFC,α-MnO₂在长循环的测试过程中,通过充放电100个循环以后,库伦效率始终保持在90%以上,即使在高工作电流密度下也具有优良活性和稳定性,以此验证了其实际的应用价值。其次,对其中的α-MnO₂进行密度泛函理论模拟计算,并通过简单的三种方法处理α-MnO₂得到含有氧空位的样品,氧空位对于改变几何结构和电子结构以及MnO₂的化学性质具有重要作用。在本研究中,泛函采用了GGA+PBE模式来弛豫不同程度氧空位的α-MnO₂的结构,通过研究α-MnO₂（110）发现氧空位的产生导致电子结构的变化（能带结构、TDOS和PDOS、差分电荷密度和Mulliken布居）,将这些结果与实验结果分析进行了比较,来研究样品的电催化性能。结果表明,中等浓度的氧空位引起Mn-d轨道的大量重叠,形成缺陷能带,从而在禁带中引入缺陷能级,增加了费米能级处的态密度值等,这增加了α-MnO₂（110）的电导率。然而,过高的氧空位浓度会阻碍MnO₂对氧析出的催化。