随着环境问题的日益严重,社会对能源储存与转化提出了更高的需求。在储能系统中,可充电二次电池由于具有良好的可逆容量、高能量密度以及环境友好等优势备受关注。二次电池的性能在很大程度上取决于其电极材料的性能。因此,开发新的高性能电极材料以满足下一代可充电二次电池需求的脚步从未停止。传统商业锂离子电池的容量较低,这极大地阻碍了其大规模商业化进程。因此,开发其它潜在的高性能替代电池十分必要。锂硫电池拥有数倍于锂离子电池的理论容量,是下一代二次电池着重发展的体系。但是,目前锂硫电池的发展还面临正极材料和放电产物导电性差、“穿梭效应”、硫正极体积膨胀等诸多挑战。其中“穿梭效应”是导致锂硫电池性能衰减的主要因素。为了抑制穿梭效应,可利用硫与宿主材料共同构建锂硫电池正极来锚定多硫化物,进而克服上述问题。二维材料比表面积大、力学稳定性强,适合作为锂硫电池的锚定材料。其中,石墨烯具有优异的机械强度和电导率,是锂硫电池的理想电极。然而,由于石墨烯在垂直方向的非极性特征,在多次充放电循环后会导致多硫化物脱落。改变石墨烯极性的一种方法是与二维极性材料构建复合材料。其中,二维过渡金属硫化物是一类特性优良的极性材料,对活性多硫化物具有中等强度的亲和力,电子导电性良好,还具有调节氧化还原反应动力学的能力以及贡献高活性容量的能力。因此,石墨烯和二维过渡金属硫化物二者构成的范德瓦尔斯极性异质结具有较高的研究价值。此外,石墨炔作为石墨烯的同素异形体,其面内存在更大的空隙,允许Li+在三个维度上任意扩散和穿梭,可作为优化异质结的重要调控手段。在本论文中,首先我们构建了Ti S2单层作为二维过渡金属硫化物的代表,计算并研究了Ti S2单层作为锂硫电池正极宿主材料的性能,最终证明了单层Ti S2是一种理想的锂硫电池正极宿主材料。然而,Ti S2单层自身导电性不是特别强,不利于改善锂硫电池正极材料导电性差的问题。因此,我们接着设计了Ti S2/石墨烯范德瓦尔斯极性异质结作为锂硫电池正极宿主材料,单层Ti S2结构主要贡献极性特征增强对多硫化物的锚定能力,石墨烯主要贡献导电性改善硫正极导电性差的问题。计算研究结果表明,Ti S2/石墨烯异质结作为锂硫电池正极材料显示出良好的导电性、对多硫化物合适的吸附效果以及较低的Li+迁移势垒,充分证明了Ti S2/石墨烯异质结是一种理想的锂硫电池正极候选材料。最后,为了探索石墨炔作为电极材料的性能,我们设计了VS2/石墨炔异质结作为锂硫电池正极宿主材料,计算结果表明石墨炔也是一种具有良好发展前景的锂硫电池电极材料。通过第一性原理计算的方法,探讨了二维硫化物作为锂硫电池正极宿主材料的理论特征。二维硫化物在垂直方向为极性特征,这种特征有利于其与极性的多硫化物之间构成稳定的相互作用,即使经过多次充放电循环,多硫化物仍然不会脱落,抑制穿梭效应的同时也保证了锂硫电池长期的循环稳定性。从原子尺度阐明了极性特征在增强多硫化物的锚定能力的重要作用,为复合材料作为锂硫电池宿主材料的设计提供了理论参考。