二维材料石墨烯目前已经在力学、电磁学、光学等领域表现出了的非常优良性质,然而本征石墨烯零带隙的半金属性质大大限制了其实践运用,因此,科学家开始广泛地探究石墨烯功能化方法。伴随石墨烯的研究发展,寻找可替代石墨烯二维材料也成为凝聚态物理的重要研究方向。目前,以磷烯、硅烯、过渡金属硫化物等为代表的二维半导体材料已经成功应用在光伏器件和场效应晶体管等光电器件上。但这些传统材料依然存在一些不足,因此进一步对新型二维材料性质的探索十分有必要。本文采用基于第一性原理的计算方法,对一维砷烯纳米带进行替代掺杂,研究了纳米带的电子结构以及电子输运性质,设计了 SnC/BAs,BAs/arsenene 和 antimonene/C2N 等范德华(van der Waals,vdW)异质结,通过外电场和层间距来调控其电子结构和光学性能,以期望为新型纳米材料在纳米电子器件,光电领域器件等实际运用提供参考。首先,本论文介绍了二维材料在实验和理论上的国内外研究现状以及应用前景,在前人研究基础上,采用理论模拟,将二维的β-砷烯裁剪得到一维的扶手椅边缘砷烯纳米带模型,对纳米带边缘采取氢饱和措施,通过计算形成能、分子动力学模拟验证了其稳定性。进而,将过渡金属锰原子替代一个砷原子从而诱导体系磁性,计算结果显示:Mn原子掺杂在不同的位置使得砷烯纳米带显现出磁性,这有利于自旋电子器件的设计。而施加外部电场调控后,AAsNR-Mn经历了从半半导体到半金属的转变。此外,AAsNR-Mn具有出色的磁性器件特性,在设计成电子器件后表现出令人满意的自旋过滤效应(100%),其巨磁阻效应(GMR)接近106%。计算结果表明,AAsNRs-Mn在多功能自旋电子器件中具有广阔的应用前景。随后,本论文考虑二维材料范德华异质结的可能性,设计了由SnC和BAs单层堆叠形成的vdw异质结,在考虑失配率以及不同堆叠方式后,进行模拟计算。结果显示,材料具有较高稳定性,且通过对比单层的电子结构发现异质结的电子结构为Ⅱ型能带对准,具有0.22eV的直接带隙,有利于光生电子-空穴对的空间分离。同时采用施加垂直应变,结果显示异质结带隙有较大的变化并经历间接到直接带隙的转变,表明应变能够有效地调节带隙。此外,在外电场作用下,异质结带隙随外部电场线性变化,在强电场情况时实现从半导体到金属的转变。异质结的能带对准和光吸收表明,SnC/BAs异质结具有优良的光收集功能。本论文设计的异质结有望在纳米电子器件,光伏和光学特性中得到应用。接着,本论文继续探究二维β-砷烯和BAs单层异质结形成的范德华异质结,模拟计算了异质结的四种可能的堆叠方式,选取最稳定的HT-stacking堆叠方式进行电子特性计算。结果显示,BAs/arsenene异质结的带隙对电场调控敏感并且能够使得能带对准方式发生Ⅰ、Ⅱ型变化。通过改变层间距,可以发现应变对异质结的带隙起到调控作用,也能够促进异质结中电子与空穴的分离,有望在电子器件中得到应用。另一方面,外电场与垂直应变的调控使得异质结的光吸收边发生了明显的红、蓝移、光吸收峰值变大和光吸收范围变宽的现象,因此BAs/arsenene异质结在光伏器件应用领域存在一定潜力。最后,针对第五主族二维β-锑烯和多孔C2N单层形成的antimonene/C2N异质结进行探究,设计三种不同堆叠方式模型并选取能量最低模型作为案例进行计算。计算结果显示异质结结构稳定,带隙远小于孤立状态单层带隙,能带结构为Ⅱ型能带交错,电子累积在C2N,空穴累积在antimonene层,有利于电子-空穴对的分离。同时外加电场与层间距这两个因素对于异质结有相应的带隙影响以及光学性质上的良好调控,表明了 antimonene/C2N异质结在光电子器件方面具有应用潜力。