二维材料由于具有优异的物化性质成为物理、化学和材料科学领域的热门研究课题。与体块材料相比,二维材料具有更大的比表面积、更高的表面原子利用率、快速的离子传输速度,以及良好的柔性和透明性,在催化、超级电容器、锂电池、燃料电池、智能穿戴器件和医用柔性器件等领域有广阔的应用前景。然而,纯的二维材料在实际应用中存在一定的不足。通过改性,如剪切、掺杂、引入缺陷、表面修饰等方法,能够诱导二维材料产生自发磁化从而表现出更加优异的性能,在自旋电子器件、环境保护以及航空航天等领域发挥潜在的作用。其次,二维材料表面吸附过渡金属,可以显著提高其储氢能力,实现室温下可逆吸/释氢气,在新型固态储氢领域具有重要的应用价值。因此,探究二维材料的磁性机制和储氢机理是十分重要的,这能够为二维材料在实际应用中提供理论参考。论文基于相关有效场理论和密度泛函理论研究了几种先进二维材料的磁性、热力学性能和储氢性能。从微观量子角度建立了修饰的二维Kagome晶格、类石墨炔和石墨烯的Ising模型。研究了影响系统磁矩、磁化率、内能、比热、补偿温度、相变温度以及储氢性能的因素。主要内容如下:论文对修饰的二维Kagome晶格的磁性和热力学性能进行了理论计算。观察到不同类型的磁矩曲线,如P型和Q型曲线。P型曲线表现出一个阻挫的饱和磁矩,Q型曲线随温度升高逐渐减小。还观察到了一条特殊的磁矩曲线,即磁矩突然降到零,这对应于一阶相变。子格子磁矩曲线表明系统的总磁矩来源于子格子磁矩的叠加。在一定参数范围内,磁滞回线上出现了多重磁滞回环。系统磁滞损耗和矫顽力随着亚铁磁交换耦合作用绝对值的增加而增大,随各向异性|Da|（|Db|）的增加而减小。在相图中发现了重入现象。在动态磁矩曲线上,发现磁矩随着时间呈周期性变化,偏置场为系统提供有序能,交变场为系统提供无序能。论文研究了混自旋5/2和2的类石墨炔的磁性和热力学性能。在磁矩曲线上观察到了补偿温度(Tcomp),它随交换耦合|J2|（J1）的增加而增大,随各向异性Da（Db）增加而减小（增大）。饱和磁矩（Ms）不随交换耦合|J2|（J1）的变化而改变,但是随Da（Db）增加而增大。还观察到了不同类型的磁矩曲线,如N型、P型和Q型曲线。在磁化率曲线上发现了奇异现象,尖峰对应的相变温度（Tc）随|J2|（J1）的增加向高温区移动。在比热曲线上观察到两个尖峰。在相图中发现亚铁磁态面积随着|J2|的增加而增大。当各向异性Da的绝对值较大（→-∞或者+∞）时,系统的相变温度曲线趋于水平线。这些结果可能有助于更好的理解石墨炔的磁性机制,提高二维碳材料在有机磁体中的应用价值。论文研究了石墨烯的磁性、热力学性能和储氢性能。发现缺陷浓度可以调节石墨烯的磁性和热力学性能,随着缺陷浓度的增加,系统饱和磁矩增大。由于具有多重自旋态,在阶梯效应曲线上发现了多个磁化平台。由于热扰动的影响,在比热曲线上观察到一个尖锐的最大值。过渡金属修饰石墨烯能够诱导石墨烯磁性,提高石墨烯的储氢性能。纯石墨烯储氢结合能在-0.051eV～-0.055 eV范围,属于物理吸附。铁修饰石墨烯能够提高储氢结合能,当吸附5～6个氢气分子时,平均结合能分别为-0.572 eV/H2和-0.487 eV/H2,满足室温可逆吸/释氢气范围（-0.2～-0.6 eV）。差分电荷密度表明,纯石墨烯储氢过程中碳原子和氢气分子之间没有电荷转移,而铁修饰石墨烯储氢过程中,有两个氢气分子与铁原子发生Kubas相互作用,氢原子、铁原子和碳原子之间也具有协同作用。态密度表明铁修饰石墨烯具有磁性,系统的总磁矩为4.00μB,其中铁原子的3d轨道电子对系统磁性的影响最大。得到的结果有助于更好地理解石墨烯的磁性机制和储氢机理,为石墨烯实际生产和应用提供必要的理论支撑。