伴随着经济的发展以及生活方式的进步,全球能源消耗急剧增长。锂离子电池是目前使用最广泛的新能源器件,然而由于锂嵌入脱出机理的限制,锂离子电池的能量密度已经接近极限(～400 Wh kg^-1)。因此,开发更高能量密度和比容量的替代电池技术成为当今研究的重点。锂/硫电池基于其较高的理论能量密度(～2500 Wh kg^-1)和较大的理论比容量(～1675 m Ah g^-1),被认为是最有前途的下一代高能二次电池。但硫和硫化锂的低导电性、正极材料在充放电过程中的体积变化、多硫化锂中间体的溶解穿梭等问题严重限制了其大规模应用。本论文利用过渡金属化合物对多硫化锂（Li PSs）的化学吸附优势,进行表面结构调控,合理设计富缺陷、具有异质结构的高性能锂硫电池正极材料,并结合物相表征、电化学测试和理论计算,对其作用机理进行了深入分析。具体研究内容如下:（1）首次提出利用离子交换的方法制备出富缺陷,具有多孔蜂窝状结构的Co₃S₄六边形纳米片（Co₃S₄-DHS）。互连的三维蜂窝状多孔结构有效的减小了离子扩散路径,为硫在充放电过程中的体积变化提供了缓冲空间。密度泛函理论（DFT）计算结果证实了缺陷结构能够显著提升Co₃S₄对Li PSs的吸附能,促进其对Li PSs的催化转化。以此材料作为正极的锂硫电池表现出了优异的电化学性能,其在0.1 C和1 C电流密度下的首次放电比容量分别达到了1090 m Ah g^-1和750 m Ah g^-1;在1 C倍率下循环400圈之后,其放电比容量仍然达到了699 m Ah g^-1,单圈容量衰减率仅为0.17%。这种离子交换的策略为设计富缺陷金属硫化物提供了新的思路,为缺陷工程在锂硫电池正极材料中的应用提供了新的指导。（2）我们制备了普鲁士蓝PB（Fe₄[Fe（CN）₆]₃）立方体模板,并用钼多巴胺（Mo-PDA）对其表面进行包覆,在高温热处理之后得到了具有丰富异质结构的MoO₂/Fe₄O₃-Fe₃C@NC材料。超薄MoO₂提供了较大的比表面积和充足的活性中心,显著促进了离子传输和催化转化反应。同时,极性Fe₄O₃和Fe₃C和氮掺杂碳导电骨架也能够促进电子转移改善电极反应动力学。此外,异质结构的形成可以增强表面极化,降低表面催化反应能垒,提高了复合材料对Li PSs的吸附能力。得益于上述这些优点,以MoO₂/Fe₄O₃-Fe₃C@NC作为硫宿主的正极材料显示出优异的电化学性能,其在0.1 C倍率下的初始放电比容量达到了1169 m Ah g^-1,在1 C高倍率下循环900圈,容量衰减率仅为0.055%。这种通过多组分异质结构催化剂实现协同催化的思想为设计高性能锂硫电池正极材料提供了新的方向。