作为一种由C原子紧密堆垛成蜂窝状点阵的二维（2D）单层结构，石墨烯由于其优异的物理性质及其潜在的应用受到了人们的广泛关注。然而，石墨烯的金属性特征限制了它在纳米电子器件中的应用。量子禁闭效应是打开石墨烯能隙的一种常用方法，如一维（1D）石墨烯纳米带（GNRs）和零维（0D）石墨烯量子点（GQDs）。由于边界处C原子的成键特征不同于内部C原子，从而使这些低维石墨烯纳米材料呈现出不同于大块石墨烯的电子和磁学性质。比如，三角形GQDs（TGQDs）多样化的电子和磁学性质使它们在未来纳米器件中有巨大的应用前景（如自旋存储器件、晶体管以及光发射等），因此越来越受到人们的关注。然而，在TGQDs能真正使用之前，依旧有几项难题需要克服。首先，实验上合成出平滑且无缺陷边界的样品几乎是不可能的，实际制备的样品中不可避免地会有结构缺陷以及外来杂质原子的引入。这会使TGQDs的自旋降低从而影响其在自旋器件中的应用。此外，把TGQDs集成到电子器件中也是非常困难的，对操作技术要求也极高。已有研究证实当GNRs嵌入在大块石墨烷中时，它们的电子性质改变很小。如能把TGQDs嵌入在石墨烷中并保持它们的电学性质，那么就提供了一种无需切割来实现规则边界的简单方法，集成困难的问题也会迎刃而解。另一方面，石墨烯和GNRs的电子性质源于它们特定的晶体结构。在石墨烯的生长以及后序加工过程中，不可避免地会在其点阵中引入晶界（GBs）。它们通过引入非六连环的缺陷破坏蜂窝状点阵的对称性。令人感兴趣的是，GBs的引入可以使石墨烯的局部性质发生变化，从而可以利用这种变化调节其性能进而拓展其应用。目前实验上合成的GBs大多是由五七连环构成的。最近，Lahiri等人在Ni(111)基底上合成了一种新的GB，它由两个五连环和一个八连环交替排列构成（558GB）。理论和实验工作都表明当在大块石墨烯中引入558GB时，与由五七连环构成的GBs相比，表现出较独特的电子和磁学行为。比如，558GB在费米能级附近会引入一个局域的空电子态，可以被看作是准1D的导电沟道。另外，沿着该缺陷的轴向会有铁磁的产生，并且其强度可通过施加外场或者吸附原子来提高。相应地，在GNRs中引入558GBs也会对其电子性质产生影响。然而，558GB如何影响GNRs的性质尚缺乏系统性的研究。为解决上述问题，我们利用第一性原理性密度泛函理论（DFT）计算，研究了嵌入在石墨烷中的TGQDs的稳定性、电子和磁学性质。并且，我们对引入558GB后GNRs的电子和磁学性质也进行了系统的研究。主要结论分为如下两部分：一、由于石墨烷区域中的H原子扩散到嵌入的TGQDs中需要较高的能垒，在能量上是不稳定的，因而graphane/embedded TGQD界面可稳定存在。计算结果表明体系的电子和磁学性质由嵌入的TGQDs来决定。 graphane-embedded ATGQDs（armchair-edged TGQDs）的Eg打开是由量子限制引起的。而graphane-embeddedZTGQDs (zigzag-edged TGQDs)中的非键态对体系的电子和磁学性质起到了重要的作用。并且，graphane-embedded ZTGQDs具有亚铁磁的基态，其总自旋具有尺寸依赖性且满足Lieb定理。结果分析表明我们的工作提供了一种无需机械切割即可获得TGQDs的方法。二、（1）当周期性重复的558GB被引入到宽度为12的锯齿型GNR（12-ZGNR）中时，我们系统研究了该缺陷的位置（相对于边界）对12-ZGNR的电子和磁学性质的影响。计算结果表明558GB易于在边界处形成。随着该缺陷从带的中心位置移动到边界处，体系经历了反铁磁（AFM）半导体–AFM半金属–铁磁（FM）金属转变。在拉应变下，AFM半导体的Eg值随着应变的增加而减小，随后发生AFM半导体–AFM半金属转变。最终这些AFM体系都转变为FM金属。（2）当有限尺度的558GB存在于扶手椅型GNRs（AGNRs）中时，在纳米带的边界处引入了558GB的末端构型。由该缺陷贡献的杂质态出现在费米能级附近，对体系的电子和磁学性质有决定性的影响。对于具有相同边界构型的558GB的情况，可以分为三组。我们对每一组的电子和磁学性质随可调参数W（带宽）和NZ（相邻558GBs之间的距离）的变化进行系统地研究。结果表明558GB的边界构型不同，其电子和磁态随W和NZ的转变也不同，包括无磁（NM）金属、FM金属以及NM半导体。当具有不同边界构型的558GB引入到AGNRs中时，其表现出类似的电子和磁态转变行为。对于FM体系，由于能带的自旋劈裂使558GB的两条锯齿链呈铁磁性排列。通过以上计算分析可知，在Z（A）GNRs中引入558GB，会使体系表现出多样化的电子和磁学性质，这拓展了它们在电子和自旋器件中的潜在应用。