稀磁半导体是自旋电子学领域应用最广的一类新型功能材料。然而,自然界中的半导体材料大都是以无磁性的基态稳定存在,这限制了其在电子器件中的应用。但是,部分半导体中掺杂3d、4f过渡金属元素或者稀土元素后可以转变为稀磁半导体,它利用磁性材料的自旋特性可以将信息存储和信息处理结合在一起。与传统的半导体材料相比,稀磁半导体材料信息处理更快,功耗更低,并且存储的信息更安全。因此,对于稀磁半导体材料的研究具有非常重要的意义。半导体光催化剂在可见光的照射下可以分解水制备氢气,这是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效途径。尽管许多理论和实验研究已经合成了众多的光催化剂,但是这些光催化剂产生氢气的效率依然较低,并且可见光吸收范围较窄。目前,构建异质结光催化剂用以提升材料的光催化性能有着巨大的潜力,受到了广泛的关注。与普通光催化剂相比,二维（2D）半导体异质结光催化剂具有更好的光催化性能,如较高的载流子迁移率、电子-空穴对的有效分离和较强的可见光吸收能力。例如,g-C₃N₄/MoS₂、g-C₃N₄/InSe和TiO₂/CdS等二维半导体异质结光催化剂均表现出比单独催化剂更优异的光催化性能。本文采用第一性原理计算方法系统研究了非金属掺杂二维ZnS的磁性和光学性质,并对新型二维Zr₂CO₂/InS和MoS₂/InTe异质结的电子结构和光催化机理进行了较为系统的研究。主要研究内容总结如下:本征态2D ZnS是以无磁性的基态稳定存在,而非金属C,N,P,As原子的掺杂成功诱导出磁性,磁性的主要来源是掺杂原子最外层未被抵消的电子产生的自旋磁矩。C和N掺杂体系的稳定结构显铁磁性,P和As掺杂体系的稳定结构显反铁磁性。非金属的掺杂使单层ZnS在高能区域的吸收峰蓝移,低能区域产生了新的吸收峰,增强了2D ZnS在低能红外波段的吸收能力。计算结果表明,非金属掺杂二维ZnS是一种很好的稀磁半导体,在自旋电子学领域和光学领域具有广阔的应用前景。新型的2D Zr₂CO₂/InS异质结是一种直接带隙半导体材料,晶格失配率低于3%,形成能为-0.49 eV,说明具有稳定的结构;Zr₂CO₂/InS异质结的带隙值为1.96 eV,对应有较宽的可见光吸收范围,且吸收系数高达10⁵ cm^-1;异质结表现出Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为1.24和0.17 eV,光生电子从Zr₂CO₂层转移到InS层,而光生空穴则与之相反,实现了电子和空穴在空间上的有效分离,并且InS是间接带隙半导体材料,能够进一步降低电子和空穴的复合率。综上所述,新型二维Zr₂CO₂/InS异质结是一种潜在的可见光光催化剂。二维MoS₂/InTe异质结是一种间接带隙半导体,晶格失配率低于1%,形成能为-1.64 eV,说明具有稳定的结构;禁带宽度为2.01 eV,导带底比水的还原电位(V_H2_/H2)低0.32 eV,而价带顶比水的氧化电位(V_O2/H2O)高0.64 eV,在可见光区域具有良好的光吸收能力,有效地提高了对太阳能的转化效率。并且MoS₂/InTe是一种Ⅱ型能带对齐异质结构,能带偏置促进了电子-空穴的有效分离,降低了电子和空穴的复合率。所以,MoS₂/InTe异质结是一种有效的潜在可见光光催化剂,这项研究能够为将来在理论设计和实验合成高效的可见光光催化剂提供理论指导。