锂硫电池由于具有较高的理论容量和理论能量密度,在近些年来被视为替代现有的锂离子电池技术的一个候选项而备受关注。锂硫电池的主要不足之一是快速的容量衰减,这种衰减很大程度上是由于充放电循环过程中产生的多硫化锂的扩散和迁移引起的。严重的多硫化锂扩散迁移会导致穿梭效应,使得锂硫电池失效。除此以外,锂硫电池工作时缓慢的多硫化锂转化动力学也阻碍了锂硫电池的商业化应用。针对传统物理限域固硫策略中存在的对多硫化锂限域作用较弱、电池长循环性能较差等问题,我们采用化学催化转化和物理限域“双管齐下”的方法,制备了一系列具备多孔微-纳结构和多硫化锂催化转化活性的金属化合物电极材料,对其结构特征、物理化学性质及锂硫电池性能和相关构效关系进行了较为深入的研究,为发展新型锂硫电池电极材料做出了一定贡献。主要结果如下:（1）空心结构金属氧化物纳米球的制备与电化学性能研究针对普通金属氧化物对多硫化锂限域能力不足、转化活性有限的问题,发展了一种普适性的方法来制备空心结构的金属氧化物纳米球（如Co3O4、Mn2O3、Ni O）作为多硫化锂转化的催化剂,结合空心结构的物理限域作用和金属氧化物对多硫化锂的催化转化来提升其电极性能。这些催化剂运用在锂硫电池中时,表现出良好的倍率和循环性能。性能最好的S/C/Co3O4能稳定循环550次,衰减率仅为每循环0.066%,低于S/C/Mn2O3、S/C/Ni O和S/C（衰减率分别为每循环0.071%、0.109%和0.129%）。在3 C的高倍率下,S/C/Co3O4仍然具有428 m Ah g-1的高比容量,显著优于S/C(115 m Ah g-1)。其优异性能是由于独特的空心结构加上Co3O4对于多硫化锂转化具有较好的催化活性。（2）卵黄/壳（york/shell）结构金属硫化物@氮掺杂碳复合结构的制备与电化学性能研究为了解决空心结构金属氧化物体系中锂硫电池容量和倍率性能仍然不足的问题,我们进一步研究了导电性更好的金属硫化物,制备了卵黄/壳结构的金属硫化物@氮杂碳（Mn S@N-C）作为锂硫电池的硫载体,由于Mn S和N-C的协同作用,Mn S@N-C对于多硫化锂有较好的吸附和催化转化性能。S/Mn S@N-C电极在0.1 C时的初始容量为1232 m Ah g-1。即使在3 C的高电流密度下,S/Mn S@N-C仍具有528 m Ah g-1的容量(S/N-C容量仅为161 m Ah g-1)。在0.5 C循环330圈后,S/Mn S@N-C电极的容量衰减为每循环0.09%,远低于S/N-C电极的衰减速率（每循环0.24%）。（3）新型钼基磷化物的结构调控及性能优化为了进一步提升多硫化锂催化转化的活性,我们从材料的导电性、粒度分布、分散性以及元素种类等角度进行了优化。一方面金属磷化物导电性优于金属氧化物/硫化物,另一方面受自然界中生物钼酶具有较强的Mo-S键的启发,我们选用了磷化钼作为多硫化锂转化的催化剂,并提出了一种通过对Mo P进行Ru掺杂,诱导形成独特的Mo4P3相（Ru-Mo4P3）的方法。该方法制备的Ru-Mo4P3晶粒尺寸为5 nm并均匀负载在空心碳球外表面（HCS-Ru-Mo4P3）,对于多硫化锂转化体现出较好的催化活性,使得锂硫电池具有高容量和优异的倍率性能,在0.5 C和4 C的容量分别为1178 m Ah g-1和660 m Ah g-1。该倍率性能优于所有已报导的基于金属磷化物的锂硫电池性能。当硫负载量高达6.6 mg cm-2时,S/HCS-Ru-Mo4P3在50次循环后仍具有有5.6 m Ah cm-2的可逆面积比容量,仍然高于商业锂离子电池(4 m Ah cm-2)。其优异的性能是由于Ru-Mo4P3相对Mo P和Ru2P具有更高的多硫化锂催化转化活性以及特有的空心碳结构,极大地增强了对多硫化锂的电催化转化速率和捕获作用。（4）原子级分散的钼基材料的结构特性与机理研究为了改善Ru-Mo4P3体系中Mo原子利用率不足的问题,我们设计了具有原子级分散活性位点的Mo-N-C纳米片材料作为锂硫电池的正极用以催化多硫化锂的转化反应。同步辐射X射线吸收光谱（XAS）证实Mo原子与氮掺杂碳中的两个边缘处的N原子配位形成原子级分散的Mo-N2/C位点。由于其较高的本征活性加速了多硫化锂转化动力学并抑制穿梭效应,S/Mo-N-C的倍率性能和循环稳定性与S/N-C相比大大提高。S/Mo-N-C在5 C倍率下具有743.9 m Ah g-1的可逆容量,在2 C倍率下循环550次衰减仅为每循环0.018%。该稳定性优于大部分文献中已报道的结果。密度泛函理论（DFT）计算表明,Mo-N2/C位点可以降低Li2S成核过程（放电过程）中Li2S4-Li2S转化的活化能和Li2S的分解势垒（充电过程）,从理论上解释了其催化多硫化锂转化的机制。