二维异质结材料具有比表面积大,带隙及光学性能易于调控,特殊的电荷转移机制,以及载流子迁移率较大等优点,可望广泛应用于各种光电器件,已引起极大关注。与此同时,利用半导体性质的二维异质结半导体在光催化分解水制取氢能源方向展现出诱人的应用前景,但研究报道相对较少。本文采用基于密度函数理论的第一性原理计算方法,来研究新型过渡金属碳氮化物M2CO2（M:Hf、Zr）和过渡金属二硫化物MoX2（X:S、Se、Te）组成异质结M2CO2/MoX2,其中M2CO2为氧原子钝化的MXene材料。通过定量化表征和分析它们的晶体结构、电子结构、光学特性、载流子在异质结中的转移机制,以及水分子吸附裂解析氢的机理变化,探索其在太阳能利用细分领域,如光催化水分解制备氢能源及太阳能电池发电的应用前景,主要内容如下:因半导体特性的二维单层材料M2CO2和MoX2具有相似的空间群及晶格参数,搭建了六种不同组分的异质结,分别是Hf2CO2/MoS2、Hf2CO2/MoSe2、Hf2CO2/MoTe2、Zr2CO2/MoS2、Zr2CO2/MoSe2和Zr2CO2/MoTe2。能量计算结果表明它们均有负的形成能,声子谱及分子动力学计算表明它们具有稳定的层状结构,从而证实其结构稳定。电子结构计算结果表明,上述六种异质结都为半导体,其中Zr2CO2/MoTe2为直接带隙半导体。光谱数据表明,上述六种异质结相对于组成它们的各个单层光吸收能力均有不同程度的增强,其中Hf2CO2/MoS2、Hf2CO2/MoSe2、Zr2CO2/MoS2在可见光范围内有最大吸收系数,其余三种在紫外光区有最大吸收系数,另外异质结相对于单组分双层有必要进行下一步数据对比。通过对不同带边对准分析,发现六种全是Ⅱ型半导体异质结。通过弹性系数Cij的对称矩阵方法研究了它们的力学性能,杨氏模量极坐标图揭示了其弹性在XY平面内是各向同性的。MoS2、Hf2CO2、Zr2CO2单层及Hf2CO2/MoS2、Zr2CO2/MoSe2、Zr2CO2/MoTe2异质结带隙范围包含了水分解所发生的氧化还原反应电极电势,具有光催化水分解制氢的能力,在光催化水分解领域有潜在的应用。通过分子动力学模拟获得其径向分布函数特征,证明了其在水环境中的稳定性,并进一步分析了水分子在异质结上吸附脱氢的微观过程,构建了光催化水分解原理图,为研究开发光催化分解水制氢提供理论依据。理论计算得到了本文所研究的6种异质结的太阳能电池转换效率（PCE）,结果表明Hf2CO2/MoSe2、Zr2CO2/MoS2、Zr2CO2/MoSe2分别达到19.6%、28.7%、24.1%,比已有实验报道的GaX/SnS2（16.5%）和AsI3/SbI3（18.44%）异质结的PCE都高,因此,这三者在薄膜太阳能电池发电领域具有潜在的应用研究价值。