随着电子科技的不断发展,人们对电池的要求不断提高,总体来说希望得到循环性能更好,寿命更长,体积更小的电池。锂硫电池具有高比容量和高能量密度,其正极材料硫的价格低、来源广且安全无毒,受到人们的广泛关注,被认为是目前应用最广的锂电池的有力竞争者。然而,硫正极在充放电过程中生成的多硫化锂易溶解在电解液中产生穿梭效应,导致电池的容量衰减较快、循环性能较差,阻碍了锂硫电池的实际应用。为了解决这些问题,近年来研究者对正极材料进行了大量的探索和研究。二维材料具有良好的导电性、高的化学稳定性、易修饰等特点,已成为当前化学、材料领域的研究热点与前沿之一,并且在储能、能源转化等领域展现出潜在的应用前景。另外,研究表明小硫分子(S_3-5)与正极材料复合可以有效防止锂硫电池在充放电过程中形成长链多硫化锂（LiPSs）,在一定程度上抑制穿梭效应。本论文采用第一性原理分别研究了杂原子掺杂石墨烯和MXene两种二维材料与小硫分子复合作为锂硫电池正极材料的固硫机理,从分子原子层面上讨论材料的结构和电解质对二维材料抑制穿梭效应的影响,主要内容如下:首先,我们采用第一性原理研究了十种杂原子掺杂石墨烯（h-G,h=N、O、S、P、B）与小硫分子及其中间产物的相互作用。通过对结合能、差分电荷密度、原子局域态密度（PDOS）等数据分析,可以得出:h-G结构和LiPSs之间相互作用的关键是LiPSs中锂原子分别与h-G结构中的杂原子以及杂原子相邻的苯环相互作用。进一步,我们研究了溶剂对h-G结构与LiPSs间结合性能的影响。值得注意的是,在考虑溶剂的情况下,LiPSs与吡啶,环氧和硼掺杂的石墨烯的结合能仍然远大于与溶剂的结合能,充放电过程中的中间产物不易溶解在溶剂中,因此这三种改性石墨烯可能是抑制穿梭效应理想的锂硫电池正极材料。除杂原子掺杂石墨烯外,我们还研究了利用二维过渡金属碳/氮化物（MXene）材料中的一种—过渡金属氮化物锚定多硫化锂的中间产物Li₂S₄的机理。采用第一性原理方法,系统地研究了氧官能团化的V、Cr、Ti、Mo等四种过渡金属氮化物对穿梭效应的抑制作用。通过对结合能、差分电荷密度和PDOS等数据的分析,得出Li₂S₄与MXene的相互作用主要是依靠S-Li以及Li-O间电荷转移完成的,MXene对Li₂S₄的结合性能由强到弱依次为V₃N₂O₂>Cr₃N₂O₂>Ti₃N₂O₂>Mo₃N₂O₂。这四种MXene对Li₂S₄的结合能都高于常用电解质对Li₂S₄的结合能,同时又没有造成Li₂S₄解离,因此这四种材料都可能成为理想的锂硫电池正极材料。