锌是一种储量非常丰富的金属,并且具有成本低,环保等优势,此外,锌可以作为水系电池的负极材料,这保证了电池的安全性。这些使得水系锌离子电池受到了研究人员的很多关注。但是,由于缺乏合适的能够提供高能量密度和优秀的可持续性的正极材料,阻碍了锌离子电池的进一步发展。δ-MnO2具有着独特的层状结构,层间可供离子的嵌入/脱嵌,并且由于层间水分子的存在,具有高的层间距,比其他结构MnO2的通道尺寸更大,这有利于离子在层间的快速嵌入/脱嵌,具有优秀的快速充放电性能。因此,δ-MnO2是一种非常有潜力的正极材料。本文使用了基于密度泛函理论的第一性原理方法,分析了体相δ-MnO2中锌原子和氢原子的吸附构型、电子结构、扩散性能、反应电压以及理论储量等,并讨论了水分子的吸附构型及对锌吸附的影响,以及水分子的扩散性能和含水体系的理论储量,最终得到了以下结论:首先,计算了锌原子在无水体系中的性质,体相δ-MnO2呈半导体的性质,能隙为1.2 e V。锌原子吸附后能隙为0.2 e V,吸附提高δ-MnO2体系的导电性。锌原子在体相中的扩散能垒为0.44 e V,远低于氢原子3.05 e V的能垒,因此,锌原子更容易扩散。锌原子的理论储量约为616 m Ah/g,最高储量时,吸附体系中锌锰比为1:1。该体系的初始放电电压为1.29 V,最终放电电压为0.99 V。然后计算了氢原子在污水体系中的性质,氢原子的吸附后,能隙为0.6e V,提高了体系的导电性,氢原子的扩散能垒为3.05e V,表明氢原子难以扩散,氢原子化学转化反应时的理论储量为308 m Ah/g,并且转化反应电压为1.42 V,高于锌的初始放电电压,这表明化学转化先于锌的嵌入放电反应。最后,计算了含水体系中的性质,在δ-MnO2体系在加入水分子后,层间距由5.37（?）迅速增加至约7（?）。单个水分子在层间距为7（?）的δ-MnO2体系中的扩散能垒为0.053 e V。层间距增加后δ-MnO2体系的能隙为1.5 e V,锌原子在该体系中吸附后,能隙为1.1 e V,增加了体系的导电性。锌原子的吸附能为0.488 e V远小于未加水体相中的吸附能2.58 e V。在含水δ-MnO2体系中,锌原子的扩散能垒远低于无水体系,c=13.5（?）的体系下能垒已经小于无水体系的10%。水分子导致的层间距增加不影响锌的理论储量,仍然为616 m Ah/g。本课题的实施表明δ-MnO2作为水系电池的正极材料具有广阔的应用前景,其具有快速充放电性能。放电过程中,氢首先与δ-MnO2发生化学转化反应,然后锌离子在层间快速嵌入,水分子进一步脱嵌完成放电反应。