随着电动汽车和现代移动电子设备的普及,人们对二次化学储能电池的能量密度、安全性、环境友好性、使用成本、稳定性提出了越来越高的要求。锂硫电池因其高的理论比容量高（1675 m Ah/g）和能量密度（2600 Wh/kg）,被认为是下一代最具前景的低成本高能量密度的可充电池之一。但是,活性物质硫与放电终产物Li2S导电性差,严重阻碍了氧化还原过程中电子/离子的传输,此外,由于缓慢的氧化还原动力学导致大量的中间产物多硫化锂（Li PSs）溶解于电解液中,在浓度梯度的影响下产生穿梭效应,这导致了大量的活性物质流失,且穿梭到负极的多硫化锂与锂金属继续反应并沉积在其表面,从而使得金属锂负极钝化,以上情况在贫电解液、高硫载量、厚电极中会变得更加严重。本论文中利用相位工程与掺杂工程制备了一系列具有高导电、丰富活性位点、强吸附能力的过渡金属硒化物/MXene基材料,这些材料不仅能够加快氧化还原过程中的电子/离子传输,更重要的是能够吸附并催化多硫化锂快速的向Li2S转换,同时也能降低Li2S的分解势垒,反向催化Li2S向多硫化锂甚至S8分子进行转换,说明催化剂的使用促进了锂硫电池的双向氧化还原动力学,从而使得硫正极在高硫载量、贫电解液条件下依然保持高效的硫利用率,有效地提升了锂硫电池的质量比容量与面容量。通过系统的热力学、动力学实验与DFT理论计算相结合的方式,从原子水平与电子结构方面诠释了硫催化剂的催化机理,旨在为锂硫催化剂设计及机理方面提供理论指导。本论文主要完成的研究工作如下:（1）通过一步溶剂热反应在MXene纳米片上原位生长少层1T-Mo Se2（1T-Mo Se2/MXene）作为双向导电催化剂。实验和DFT理论分析表明,相比于单一的MXene和1T-Mo Se2催化剂,1T-Mo Se2/MXene具有高的电子导电性、较强的吸附能力和丰富的活性位点,不仅对多硫化锂有较强的吸附能力和催化转化能力,且对Li2S的均匀沉积和快速分解有极大的促进作用,达到多硫化锂的吸附-催化转化-成核之间的一个平衡,从而有效的抑制Li PSs在高硫载量中的穿梭行为。得益于双导电的双向催化剂1T-Mo Se2/MXene具有增强的双向硫氧化还原动力学和吸附能力,S/1T-Mo Se2/MXene具有6.9 m Ah cm-2的高初始面容量,200次循环后,其容量保持率为～73.1%。因此,本工作为双功能导电催化剂的设计提供了一种新的方法,以加速Li PSs的催化转化,从而提升高硫面载量下Li-S电池的电化学性能。（2）通过阳离子掺杂策略来定制Mo Se2的电子结构和催化活性并将其原位生长在MXene导电衬底上,从而获得Co-Mo Se2/MXene双功能催化剂。结合高密度硫结构的巧妙设计,制备的高密度S/Co-Mo Se2/MXene硫正极具有1454 m Ah g-1的高可逆比容量,在常规电解液中实现3659 Wh L-1的超高体积能量密度,在0.1 C电流密度和3.5μL mgs-1的极贫电解液下具有～8.0 m Ah cm-2的高面容量。实验和DFT理论结果表明,Co元素会导致Mo Se2晶格的无序度和缺陷增加,从而为硫物种的催化转化提供更多的催化活性位点,并促使Mo 3d向费米能级移动,从而增强其固有的电子电导率。即使在致密的高硫载量正极材料中也能够实现快速的氧化还原动力学和Li2S均匀的成核。这项深入的工作为构建贫电解液条件下的高体积能量密度、高面容量锂硫电池提供了一个很好的策略。（3）从原子水平与电子结构方面系统地研究金属阳离子（M=Co、V、Mo、Ni、Zn、Cu）掺杂WSe2对其催化活性和吸附性能的影响。通过系统的热力学、动力学实验与DFT理论计算相结合的方式证明了如下结果:金属阳离子掺杂WSe2对多硫化锂的吸附能大小取决于与多硫离子之间的电荷转移量,多硫化锂与催化剂之间的电荷转移越多,催化剂对多硫化锂的吸附能力越强,吸附能大小顺序为:V-WSe2＞Co-WSe2＞Mo-WSe2＞Zn-WSe2＞Ni-WSe2＞Cu-WSe2＞WSe2。更重要的是,发现Li2S的分解势垒与掺杂金属阳离子的电子亲和势和离子半径之比呈正相关关系。Li2S的分解势垒大小顺序为:V-WSe2＜Co-WSe2＜Mo-WSe2＜Zn-WSe2＜Ni-WSe2＜Cu-WSe2＜WSe2。此外,还发现随着掺杂离子的电子亲和势与离子半径之比的降低,阳离子掺杂的WSe2表面上Li2S的Li-S键长增长,更容易分解成Li S和Li。基于以上分析,S/V-WSe2/MXene正极在5μL mgs-1的贫电解液和6 mg cm-2的高硫载量下,其面容量可达4.69 m Ah cm-2,循环200次后容量保持率仍为62.0%。该设计原则为优化金属阳离子掺杂到过渡金属化合物中以实现构建高性能锂硫电池的快速催化转化提供了一般性设计准则。（4）从原子水平与电子结构方面系统地研究了阴离子（X=B、N、P、S、Te）掺杂WSe2对其催化活性和吸附性能的影响。通过系统的热力学、动力学实验与DFT理论计算相结合的方式证明了如下结果:阴离子掺杂WSe2对多硫化锂的吸附能大小取决于掺杂阴离子的外层电子结构;当掺杂离子外层电子为奇数时,掺杂后会多出一个未配对电子;而当外层电子为偶数时,掺杂后呈现的是电子对结构,未配对的电子更容易发生转移,这有利于与多硫离子之间进行电子转移,从而提高吸附能力和导电性。因此,B、N、P掺杂的吸附能大于未掺杂的和S、Te掺杂的样品。同时,由于掺杂离子的电负性与共价半径的不同,导致了掺杂在WSe2表面形成的Se空位也不同,当掺杂离子的半径、电负性与Se离子之间的差值越大时,对Se空位的形成越有利,Se空位大小顺序为:B-WSe2＞N-WSe2＞P-WSe2＞S-WSe2＞Te-WSe2＞WSe2。越多的空位越有利于电子/离子传输,且空位的形成也增加了更多的活性位点,有利于多硫化锂的催化与Li2S的沉积与分解。基于此,S/B-WSe2/MXene正极在7.6 mg cm-2的高硫载量和5μL mgs-1的贫电解液条件下,其初始容量可达到8.26 m Ah cm-2。因此,对不同阴离子掺杂的系统研究有助于对以后的掺杂策略选择原则提供有效的指导。