随着电气化交通和便携式电子的快速发展,商用锂离子电池受限于较低的能量密度将难以满足未来市场的需求。因此,寻找可靠的锂离子电池替代系统势在必行。锂硫电池具有高理论容量（1672 mAh g-1）和能量密度（2600 Whkg-1）,同时硫资源成本低廉且环境友好,成为极具应用潜力的下一代储能电池。然而,一系列棘手的问题严重阻碍了锂硫电池商业化的道路,这其中主要涉及到缓慢的氧化还原动力学和严重的多硫化物穿梭。近年来,为了从根本上加快硫反应动力学和抑制多硫化物穿梭,通过设计电催化剂来有效催化多硫化物转化受到了研究人员的广泛关注。虽然各种类型的新型电催化剂已经被开发应用,但它们有限的活性位点往往会导致催化效应不佳,这使得实现优异的锂硫转化化学仍然是一个很大的挑战。因此,合理调制电催化剂对于提升多硫化物的氧化还原反应动力学至关重要。缺陷工程策略（主要包括空位和掺杂）已经得到了广泛应用,其可以显著优化电催化剂的电子结构和催化效应,然而其活性位点与催化效应之间的构效关系尚不明晰。除此之外,锂硫电池的双向反应得到的关注度还远远不够,其中的多步转化反应仍需要被精准解耦,具有选择性的双向电催化剂也亟待开发。针对这些关键性的科学问题,本文聚焦于通过缺陷工程实现对锂硫电池双向反应的电催化剂设计及动力学调控,具体的研究内容如下:（1）我们设计了一种CoFe合金修饰的介孔碳球（CoFe-MCS）作为锂硫电池的电催化剂。双金属合金可以提升金属颗粒的导电性、优化金属的电子结构、暴露出更多活性位点。通过详细的电化学分析表征、理论计算和原位监测,我们发现双金属合金显著增强了对于多硫化物转化的双向电催化活性,从而实现了快速的氧化还原反应动力学。因此,S@CoFe-MCS在3.0C的大电流密度下获得了 698 mAh g-1的比容量,同时在2.0C的电流密度下,S@CoFe-MCS能够实现500次的稳定循环,每圈容量衰减率仅为0.062%。（2）我们设计了一种负载在氮掺杂碳基底上的、Co掺杂的VN电催化剂（Co-VN@NC）,在锂硫体系中提出了通过形貌结构和电子结构的同时优化进行电催化剂设计的策略。这种双重调制策略使Co-VN@NC具有丰富的三相界面、优异的催化活性和超快的离子扩散等优势。我们还提出了锂硫电池双向电催化剂设计的普适原则。一系列电化学动力学测试证实了 Co-VN@NC可以催化加速双向多硫化物转化动力学。因此S/Co-VN@NC正极在1.0 C下能够稳定循环500次,每圈容量衰减率仅为0.07%。（3）我们设计了一种同时具有氮掺杂（DN）和硒空位（VSe）的双缺陷MoSe2电催化剂（N-MoSe2-x/C）,实现了对Li2S沉积和分解过程的有效调制,为锂硫电池双向催化提供了一条从随机加速到定向催化的设计思路。通过系统的理论计算和动力学分析,我们揭示了这种双缺陷工程的对于双向硫转化化学的选择性电催化效应,氮掺杂和硒空位分别倾向于催化Li2S的沉积和分解过程。因此,S@N-MoSe2-x/C正极在2.0 C的电流密度下能够实现1000次的稳定循环,容量衰减率仅为每圈0.04%。最后,我们还实现了 7.3 mAh cm-2高面积容量硫正极和具有优异机械性能的软包电池,展现出一定的实用化前景。