可充电电池作为一种快捷,方便的能源存储设备,引起了越来越多研究者关注。目前,锂离子电池一直占据着便携式电子产品,电动汽车等各种电能存储应用领域的市场。但是传统的插层型正极、负极材料已经达到了能量密度的上限。因此,急需探索具有更高能量密度的新型电池系统和电化学技术。锂硫（Li-S）电池由于金属锂和单质硫的耦合,会涉及到一个16电子转化过程,能量密度高达2600 Wh kg-1,被认为是最有前途的下一代电池系统之一。但是,锂硫（Li-S）电池实际应用仍受到多方面的阻碍,例如:活性材料的低电导率、多硫化物（LiPSs）穿梭、缓慢的氧化还原动力学和锂金属负极的腐蚀等,这些都会严重导致活性物质硫利用率低,电池循环寿命短,容量快速衰减和自放电效应。本文针对Li-S电池存在的最严重问题LiPSs的穿梭效应,使用了具有催化作用的材料作为正极和改性隔膜,为加快LiPSs的氧化还原动力学,抑制其穿梭效应,实现高性能Li-S电池,开展了以下相关工作,具体研究内容如下:（1）通过简单的原位自组装策略合成了具有优异电化学性能的Ni（OH）2@Ti3C2Tx复合结构正极材料。由于Ni（OH）2和Ti3C2Tx二者界面强烈的相互作用,改变了复合结构表面电荷分布,暴露了更多的活性位点,保证了 LiPSs的吸附和优异的电化学反应动力学。实验结果表明Ni（OH）2@Ti3C2Tx正极具有优异的电化学性能,0.1 C电流密度下放电比容量为1320mAhg-1,1 C下具有800圈的长循环稳定性,容量衰减率为0.138%。2 C下可以稳定循环600圈,可逆容量保持508 mAh g-1,衰减率0.518%。为界面电子耦合电催化剂在能源相关领域的应用提供了一种新思路。（2）利用原位生长,热处理方法制备了高面积载硫量,长循环性能的自支撑电极材料。当前驱体为CoZn-MOF,热处理温度为900℃时,得到了宏观上保持一定完整性,可弯折的钴,氮掺杂碳纳米管@泡沫碳材料（Co-NCNT@CF）。Raman、XRD、TEM 和近边同步辐射（XANES）表征证实了其含有大量的Co-Nx活性位点,高的比表面积。大量的Co-Nx活性位点以及碳纳米管的互相缠绕促进了导电性,三维互相交联的结构可以容纳更多的硫,使得Co-NCNT@CF硫正极表现出高的比容量（0.1 C,1259 mAhg-1）,出色的循环性能,高电流密度3 C下循环500圈后,容量衰减率为0.038%。面积硫载量为7.0 mg cm-2,电解液比为（E/S=9 μL mg-1）时,获得了高的面积容量为7.35 mAh cm—2。密度泛函理论（DFT）计算表明Co-NCNT@CF中Co-Nx活性位点与LiPSs之间具有强烈的相互作用和较高的吸附能,抑制了 LiPSs的溶解,提高了硫的利用率,是一种理想的高面积载量自支撑硫正极候选材料。（3）采用二维金属有机框架化合物（CoZn-ZIF）作为前驱体热解模板,可控合成了用于Li-S电池改性隔膜的超薄石墨烯网负载钴金属单原子催化剂材料（SA-Co/NGM）。STEM,XANES和EXAFS一系列表征证实了 Co单原子的配位环境为多面体Co-N4结构。采用碳纳米管/硫作为正极,SA-Co/NGM为功能隔膜,组装了 Li-S电池,0.2 C电流密度下比容量为1333 mAh g-1,高电流密度5 C时,比容量仍能保持649 mAh g-1。2 C电流密度下能经得起1000次稳定循环,平均每圈衰减率仅为0.0232%。高比表面积和超薄二维特性不仅能提供高密度的单原子活性位点,还能保证高通量锂离子输运的均匀化,缓解了负极锂枝晶的形成。DFT计算,原位拉曼结合电化学实验结果表明Co-N4活性中心作为一种高效的LiPSs调节器,有效抑制了 LiPSs的穿梭,降低了 Li2S沉淀/分解的反应能垒,加速了 LiPSs的氧化还原转换动力学。