作为二维纳米材料的典型代表,石墨烯具有传统材料不可媲美的物理特性和广阔的应用前景,近年来备受研究人员关注。随着人们的不断探索和研究,二维材料已融入到材料学的各个领域。Ⅳ和Ⅴ族类石墨烯XC材料、砷烯及磷烯逐步进入人们的视野。研究发现,Ⅳ和Ⅴ族二维材料不但具有与石墨烯相媲美的物理特性,而且打破了石墨烯零带隙的限制,从而适用于微纳光电器件、集成电路以及太阳能电池等领域。当这些Ⅳ和Ⅴ族二维材料被用于微纳光电器件设计时,对其光电性质的系统计算和分析便显得尤为重要。本文基于密度泛函理论对单层类石墨烯XC材料以及砷烯和磷烯的光电性质做了系统的计算和分析,并且研究了不同边界对石墨烯光电性质的影响,最后对Ⅳ和Ⅴ族二维材料构成的异质结的相关性质及应用进行了详细研究。主要研究内容和结论如下:首先,我们对Ⅳ族元素构成的二维材料XC（X=Si,Ge,Sn）、Ⅴ族元素构成的α相、β相磷烯和砷烯的电子结构和光学参数做了系统的计算和分析,并且详细解释了Ⅳ和Ⅴ族二维材料的光学参数曲线各个特征点产生的原因,最后分析了激子效应对这些二维材料介电函数的影响。其次,我们研究了具有ZigZag或ArmChair边缘的单层石墨烯在红外激发下的电荷重分布。结果表明,石墨烯的边缘类型对光激发电荷的重分布以及光激发电子转移的方向和程度都有决定性作用。此外,为了进一步研究石墨烯边缘类型对其光学性质的影响,计算了不同边缘类型的石墨烯的介电常数和吸收系数。研究发现,具有ZigZag边缘的石墨烯在红外区域具有较强的光吸收。最后,我们选取晶格匹配度较高的单层SnC、As、GeC和BlueP,分别构建了SnC/As和GeC/BlueP异质结,并且研究了它们的结构稳定性,光电性质以及光催化性能。研究发现,SnC/As和GeC/BlueP异质结都具有较好的结构稳定性,并且两个异质结均为范德华异质结。SnC/As和GeC/BlueP异质结的能带结构显示它们都是II型间接带隙半导体。光学吸收谱结果表明,这两种异质结在可见光区域的光吸收能力都要强于单层二维材料。更重要的是,我们发现不同构型的SnC/As异质结呈现出两种不同的光催化机制。对SnC/As异质结施加应力发现,它在近红外区域仍可以实现光催化全分解水。在双轴压缩应变下,BlueP/GeC异质结可以实现间接带隙到直接带隙的转变。此外,双轴应变还可以调节BlueP/GeC异质结的吸收光谱,使其蓝移或红移。