由于高的理论容量和能量密度,且单质硫储量大、成本低,锂硫电池有望成为新一代的高效储能技术。不过,硫单质的导电性差,电化学中形成的多硫分子的穿梭效应及体积膨胀问题严重阻碍了锂硫电池的商业化前景。近年来,研究者们通过载硫材料设计、隔膜改性以及电解液优化等手段来解决以上问题。研究表明,高性能载硫材料能有效抑制穿梭效应及改善单质硫的导电性。本文从电极材料和微纳结构设计出发,通过构筑具有高导电性、强吸附能力和高催化活性的多种功能相互协作的碳复合中空氧化钴微球（C-Co O）和中空硒化钴微球（C-Co Se）作为载硫材料改善锂硫电池的电化学性能。通过原位拉曼和密度泛函理论计算等多种实验和理论表征方法系统研究了载硫材料提升锂硫电池电化学性能的氧化还原动力学机制。具体的研究内容和结果如下:（1）通过一步水热和退火制备了碳复合中空Co O微球。通过XRD、SEM和Raman表征证明该材料为碳复合的中空Co O微球。极性的Co O和空心结构可以通过化学吸附和物理约束的作用有效捕获多硫化物并存储活性物质。高导电碳复合改善了材料的导电性,进而提升硫正极的电化学性能。吸附实验、对称电池和阻抗测试验证C-Co O能有效抑制多硫化物造成的穿梭效应,并能进多硫化物的转换动力学。作为锂硫电池的载硫材料,制备的S@C-Co O正极在0.2C的电流下初始容量为1247.8 m Ah g-1;1C大电流循环400圈后,容量仍保持在319m Ah g-1。研究结果表明C-Co O微球是一种有潜力的、能提升锂硫电池的电化学性能的载硫材料。（2）采用水热硒化、盐酸多巴胺包覆和高温退火法制备了碳包覆硒化钴中空微球。丰富的孔隙和空心结构结有利于多硫化物的捕获和固定,抑制活性物质的流失,缓冲体积膨胀。在高导电碳和Co Se的电催化作用下,多硫化物的转换动力学得到有效加强从而抑制多硫化物的穿梭效应。利用密度泛函理论和电化学原位拉曼光谱研究了C-Co Se的吸附和催化转换动力学机制。电化学测试表明硫含量为70%的C-Co Se电极（S@C-Co Se-70）在5C的大电流下仍保有583 m Ah g-1的容量,在2C的电流密度下循环500圈后的容量衰减率仅为0.11%每圈。此外,在3 mg cm-2的高硫负载下,S@C-Co Se-70正极也展现出良好的倍率和循环稳定性。研究结果表明具有中空结构的碳复合Co Se微球在锂硫电池的性能提升方面具有巨大的应用潜力。