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锂硫电池因其理论能量密度高(2600 kW h kg-1)、材料成本低以及环境友好等优点,被认为是最具潜力的下一代二次电池技术,近年来受到产学研各界的广泛关注。然而目前锂硫电池的实际应用仍受到一系列问题的困扰,如正极活性物质的电导率低、充放电过程中体积变化大以及中间产物的溶解扩散和伴随的“穿梭效应”等,上述问题导致锂硫电池的活性物质实际利用率低、循环稳定性差,严重制约了其实际应用。开发高性能锂硫电池的关键在于构筑综合性能优异的复合硫正极材料,以发挥锂硫电化学体系的本征优势。本论文围绕锂硫电池正极材料结构的复合设计与结构构筑这一主题,以改善复合硫正极的电化学活性与循环稳定性为目标,采用功能导向的结构设计理念和创新的合成技术,从石墨烯出发构筑了跨尺度、多层次的多孔碳材料作为功能化载硫材料,实现了复合硫正极材料微观结构与表面化学结构的协同优化,进而提升了复合硫正极的综合电化学性能。主要研究工作如下:（1）从氧化石墨烯（GO）出发,利用其水热还原自组装,构建了由还原氧化石墨烯（rGO）交联形成的三维连通多孔导电骨架,并引入尿素作为自去除模板跟氮掺杂源同步实现了对三维石墨烯的孔结构分级优化与均匀氮掺杂,最终得到氮掺杂的三维分级多孔石墨烯材料（3D-PNG）。相较于传统水热还原结合冷冻干燥法制备的以薄壁大孔为主要结构特征的石墨烯气凝胶,3D-PNG在保留连通大孔的同时提高了介孔分布并缩减大孔尺寸,比表面积与纳米孔容提升一倍以上,此外还实现了8at%的氮原子掺杂,优化了作为载硫材料的多尺度电子离子传输以及对多硫化物的吸附能力。制备所得3D-PNG/S碳硫复合材料表现出了高初始比容量(1311mA h g-1,0.2C)以及良好的倍率性能(580 mA h g-1,3C),并在4 mg cm-2的高面载硫量条件下循环400圈后仍保持714 mA h g-1的高可逆容量,有效克服了高载硫复合正极的跨尺度电子/离子传输难题。（2）提出了一种基于三维石墨烯的具有高浓度氮掺杂的分级多孔碳（3DG@NPC）制备方法。该方法利用rGO的水热自组装得到三维连通大孔网络结构,并通过rGO表面水热碳生长稳定其褶皱结构从而提高介孔分布,进而通过KOH活化引入表面微孔,最终实现了大孔、介孔、微孔在导电网络中的有序集成,所得3DG@PNC比表面高达1401 m2 g-1,纳米孔容达到2.7 cm3 g-1。此外通过尿素分解引入氮掺杂源协同KOH活化过程实现了18 at%的超高浓度氮掺杂,进一步增强了碳基体的表面极性以提升其对多硫化锂的吸附能力。该材料独特的分级多孔结构与高表面极性使得相应复合材料在含硫量高达90%与3.6 mg cm-2的高面载条件下仍保持840 mA h g-1的可逆比容量,循环150圈容量保持率超过60%,为高效碳基载硫材料的结构设计与构筑提供新思路。（3）利用GO与钴锌双金属ZIF（CoZn-ZIF）之间的相互作用力实现CoZn-ZIF纳米颗粒在GO表面的原位生长,并结合冷冻干燥实现GO、CoZn-ZIF层的二维有序堆叠,所得GO@CoZn-ZIF在Ar/H2气氛下高温煅烧并酸洗后,最终得到钴、氮共掺杂的石墨烯/超细碳纳米管共价杂化碳材料（Co,N-G@CNTs）。结构化的GO@CoZn-ZIF前驱体中的纳米CoZn-ZIF层有效避免了高温过程中石墨烯的再堆叠,同时提供了石墨烯层间碳纳米管均匀生长所需的碳源跟催化剂以及钴/氮自发掺杂的掺杂源,在构筑三维精细sp2杂化碳结构的同时实现了碳基体的表面化学结构优化。所得Co,N-G@CNTs具有稳定高效的三维电子传输网络、高比表面(636 m2 g-1)、丰富介孔/大孔结构(纳米孔容3.42 cm2g-1)以及高浓度掺杂（N:10.5at%,Co:1.8 at%）,表现出综合优异的载硫、电子离子传输以及固硫能力。所得碳硫复合材料表现出高硫利用率(1398 mA h g-1,0.2C)以及优异的倍率性能(611 mA h g-1,6C),在1C条件下1500圈的容量衰减率低至0.035%/圈,实现了优异的综合电化学性能。（4）提出了一种以GO负载ZnCo-ZIF作为前驱体通过简单的高温碳化与低温氧化过程制备氮掺杂分级多孔碳材料/极性氧化物杂化载硫材料的合成方法。该方法利用GO在高温还原过程中的褶皱交联构筑了三维连通的多孔网络,此外GO表面ZnCo-ZIF层的高温碳化在石墨烯表面形成了具有自发氮掺杂（10at%）的微孔碳层,并结合低温氧化在其中原位自生了均匀负载、高度暴露的纳米CoO（5nm,18wt%）,从而实现了载硫材料的结构组分一体化设计。所得NGPC@CoO杂化材料具有基于石墨烯构建的微米级三维导电骨架、贯穿其中的分级多孔结构以及经过N掺杂与CoO修饰协同优化的极性表面,兼顾了载硫材料硫负载、电子/离子传输、多硫化物吸附以及反应催化等多样化功能需求。所得的NGPC@CoO/S表现出高比容量、良好的倍率性能以及循环稳定性,综合电化学性能相比较未经CoO修饰的NGPC/S与未经结构优化的NPC@CoO/S大幅提升,为载硫材料的组分结构协同设计与高效合成提供参考借鉴。