硅是当今半导体工业的基础，在诸多领域有着不可替代的地位，尤其是在计算机制造中。随着摩尔定律即将走到尽头，人们开始寻找新的材料来维持摩尔定律。同时近年来，各种低维材料被发现或成功制备，掀起了一股纳米领域的研究热潮。由于纳米材料在维度上被限制，使其表现出很多新奇的物理和化学性质，有可能应用于下一代纳米器件。而硅材料的低维体系能完美地与现今硅工艺融合，因此研究其在低维时的物理及化学性质显得尤为重要。本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统地研究了一维硅纳米线和二维硅烯在掺杂和表面功能化调控其光电性质的微观机制，主要的结果如下：1.研究了硅纳米线中出现空位的结构及空位对n型和p型掺杂的影响。结果发现：空位处于纳米线表面时会被排除出去，中心空位能稳定存在；存在中心空位时，空位会俘获掺杂原子，形成空位-掺杂原子缺陷对；空位对硼原子掺杂形成的p型几乎没有影响，但会使磷原子的n型掺杂失效。2.系统地研究了全氢钝化的硅纳米线表面悬挂键对p型和n型掺杂及表面钝化激活掺杂剂的微观机制。研究表明：表面悬挂键会导致硼原子和氮原子的p型和n型掺杂效率降低；在硅纳米线表面钝化小分子(NH3)，饱和表面悬挂键可以激活n型掺杂剂，实现硅纳米线的有效掺杂。3.系统研究了氢钝化的多层硅烯的堆垛和尺寸效应。结果表明：氢钝化的多层硅烯的形成能和带隙会随着层数的减少而增加，薄的硅烯由于大的表面积/体积比导致高的形成能(低的结构稳定性)。随着硅烯厚底的减小，使得硅烯的光吸收边出现一个明显的蓝移。相同层数的硅烯，ABC堆垛结构最为稳定且带隙最大，这是由于层间强的相互作用。堆垛方式的差异导致ABC堆垛相对于AA堆垛光吸收峰性有一个相对蓝移；不同的堆垛方式及不同的尺寸都会对其电子性质和光学性质产生影响。这表明多层硅烯的电子性质和光学性质强烈依赖层数和堆垛方式。