碳纳米管和石墨烯都是碳族元素在低维体系下的重要物质构成,它们优异的热学、力学、电学等性质引起了人们极大的兴趣。自从石墨烯问世以来,与其结构类似的二维层状纳米材料在众多研究领域引起了更为广泛的关注。现在的超级电脑、服务器等在操作过程中产生大量热,这些热不仅仅对信息处理有害,而且使周围环境温度升高。由于微电子尺度已经发展到纳米量级,器件能否良好的运作很大程度上取决于材料的导热能力。随着器件微型化的发展及性能的提高,电子器件的尺度已经进入了纳米尺度,对材料热传导的性能有了更高的要求。相对于宏观体系中的热输运,低维体系中热输运具有的独特的性质,例如石墨烯材料有很高的导热率、热导率和体系的尺度相关等等,目前对低维体系热性质及热输运的研究已经成为凝聚态物理一个非常重要的领域。此外,随着器件微型化的发展及性能的提高,电子器件的尺度已经进入了纳米尺度,对材料热传导的性能有了更高的要求,如何通过各种物理和化学的方法修饰低维材料,进而调控材料的各种性质已经成为重要的前沿方向。二维石墨烯的氧化研究对石墨烯内部的氧化情况以及对于石墨烯材料的性质有重要作用。本论文主要的工作有:1、运用第一性原理计算方法(Gaussian)对二维体系石墨烯进行化学结构方面的修饰,通过引入Stone-Wales(S-W)缺陷以及添加化学取代基羟基(-OH)的情况研究二维石墨烯在不同化学结构下材料的化学反应速率的快慢性质以及反应前后内能变化的一些关系。我们通过修饰特定尺寸二维石墨烯的结构来改变其相关的热力学,化学方面的性质,计算并分析不同活性位点结构修饰的情况下二维石墨烯化学反应的快慢,并进一步添加相关的化学取代基(-OH)来进一步改善其化学、热力学相关的性质;2、用第一性原理方法(Vasp、Phonopy、ShengBTE)研究二维体系的alpha型石墨炔的热力学相关的性质,通过计算石墨炔的力常数进一步计算其热导率,通过研究其热力学方面的参数得出其热导系数,分析其声子的寿命等。通过对二维石墨炔的分析,计划用经典和量子的研究方法对同一种材料进行相关的研究和计算。在这篇工作中,通过对二维体系不同构型氧化石墨烯过渡态的研究我们发现含有S-W缺陷键的石墨烯可以大大提高化学氧化反应速率,在引入S-W缺陷键后可以改变石墨烯平面上的电子云分布,提高化学反应时电子转移率;另外,研究发现在石墨烯平面上加入羟基取代基后也可以大幅度降低氧化反应的过渡态能垒、提高反应的速率。此外通过对delta型石墨炔三种杂化键键能大小的比较我们得出在化学反应时碳碳三键的化学反应过渡态能垒最低即这种化学键类型最容易断键发生氧化。另外,在研究石墨烯、氧化石墨烯、石墨炔三种类型的碳组元素的热导率时,我们发现石墨烯的热导率在这三种材料中为最高,但当在石墨烯平面上引入环氧基后可以大幅度降低其热导率,而石墨炔的热导率在三种材料中也相对较低。