以石墨烯为代表的层状二维纳米材料最有可能开启一个全新的材料时代,由于纳米级的厚度和特殊物理化学性质,使其在集成电路和光催化水分解等领域一直占有一席之地。其中,二维金属硫化物具有高比表面积、可调控带隙、优异的载流子迁移率和特殊能带排列等性质,成为了应用于光电纳米器件的有力竞选者。本文通过密度泛函理论计算,首先,二维过渡金属硫化物（TMDs）和石墨烯组成的石墨烯基范德华（vd W）异质结构在场效应晶体管的设计和制造中显示出巨大的潜力。但金属与半导体接触所产生的肖特基势垒阻碍了电子的传导,因此需要有效调整肖特基势垒,使其形成低电阻欧姆接触。本文建立了石墨烯/WSSe（G/SWSe和G/Se WS）异质结构,并研究了相应的电子性质加以调控。异质结构在界面处分别形成了肖特基势垒高度（SBH）为0.35 e V的n型肖特基接触和0.66 e V的p型肖特基接触。此外,通过改变层间耦合或施加外部双轴应变可以显着调控SBH,并且在双轴应变下可以形成欧姆接触。该研究不仅提供了对G/WSSe异质结构的基本认识,也为G/WSSe异质结构在光电和纳米电子器件中的应用提供了参考。其次,随着环境污染的加剧和能源危机的加剧,开发和设计环境友好、高效的自发增强型水分解光催化剂显得尤为重要。本文提出了II型vd W Ga Se/CN和Ga2SSe/CN异质结构,对其电子性质和光催化性能进行了理论分析。它们合适的带隙和带边位置满足了析氧反应的要求,并且该反应在大多数p H范围内都是热力学可行的,其太阳能-氢能转换效率高达15.11%,这具有良好的商业应用前景。更令人兴奋的是,在施加2%双轴应变的情况下,Ga Se/CN和Ga2SSe/CN异质结构的水分解反应仍能顺利进行,并且载流子迁移率和光吸收特性得到有效改善。因此,本文认为Ga Se/CN和Ga2SSe/CN vd W异质结构具有作为水分解光催化剂的潜力。最后,使用非金属元素P掺杂,构建了一种新型的同晶型P掺杂Ga Se/InS异质结构（P-Ga Se/InS）,其保持了II型能带排列,并且在酸性条件下,P-Ga Se/InS异质结构在热力学上可以自发进行析氧反应。此外,P-Ga Se/InS异质结构的低激子结合能突出了更好的光吸收性能。因此,这些发现表明P-Ga Se/InS异质结构在光催化水分解领域中是一种很有前途的光催化剂。