由于电荷和热运输发生在面内而导致的独特的物理性质,二维材料的光电性质及其调控自2004年以来就成为学术界研究热点之一。如何构建具有优异光电性能的二维复合材料一直是大的挑战。由于二维过渡金属硫族化合物拥有直接带隙,带隙宽度对应可见光吸收以及无悬挂键等优点,它成为与其它二维材料构建范德华异质结构来调节二维材料的光电性质的首选材料之一。但是,目前对这类异质结构材料的研究多集中在两层。而这两层二维材料没有主次之分,这类异质结构材料的光电性质更像这两层材料的性质的偶然综合。因此,构建以不同种类的二维过渡金属硫族化合物为中间层作为调节层,其它二维材料为封面层作为被调节层的夹心层异质结构模型,模拟它们的光电性质表现,并探讨二维过渡金属硫族化合物调节其它二维材料光电性质的机制就显得非常必要。而二维共价有机框架材料具有比表面积大,活性中心固定可控等优点,所以它在光电应用的文章多见报道,例如COF-366-Co用于电催化还原二氧化碳制备一氧化碳。但是,它的导电性能差,却限制了它在电催化等进一步的表现。而碳纳米管作为一维材料,它与二维材料复合后能提高二维材料的导电能力的例子非常多。因此,将二维共价有机框架材料与一维碳纳米管复合后用于与二氧化碳制备一氧化碳同是还原反应的电催化氮气还原制备氨的高效性也是值得期待的。本论文构建了分别以二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）（包括MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2和WTe2等）和二维共价有机框架材料（COFs）为基础的两大类二维复合体系,通过第一性原理系统地模拟了以不同种类的二维TMDCs为中间插入层,石墨烯（GP）、二维六方氮化硼（h-BN）及二维石墨相氮化碳（g-C3N4）为封面层的夹心层异质结构（SHS）（二维/二维）和二维COFs与一维碳纳米管（CNTs）复合体系（二维/一维）两种不同类型的二维复合体系的光电性质表现,探讨了二维复合材料光电性质的调控机制;并以COF-366-Ni/CNTs复合体系（二维/一维）为例,成功合成并制备出该复合材料后,实验研究了该复合材料在室温常压下电催化还原氮气制备氨的性能,进一步验证了上述二维复合材料的模拟计算的和光电调控机制的精确性和正确性。本论文共由六章组成。第一章:主要综述了二维TMDCs和二维COFs等材料的简介、结构、制备方法和光电性质等。从中我们得知二维TMDCs具有直接能带,适合的带隙宽度和无悬挂键等优点而成为构建范德华力异质结构的优选材料之一,并介绍了二维TMDCs与其它二维材料构建的两层范德华异质结构来调控二维材料光电性质成功和不足的方面;二维COFs具有比表面积大,规整的孔道、结构易于调控和固定的活性中心等优点,但是它的导电性差,限制或妨碍了它在电催化等领域的进一步应用。而CNTs作为具有良好导电能力一维材料,具有和二维材料复合并提高其导电能力的潜能。因此,构建分别以二维TMDCs和二维COFs为基础的两大类的二维复合体系,模拟它们的光电性质,并探讨它们的光电性质的调控机制就显得非常重要。第二章:本章在兼顾控制计算误差的前提下,尽量减少解薛定谔方程的计算工作量为目的,分别介绍了 Born-Oppenheimer近似、Hartree-Fock近似、Thomas-Fermi 模型、Hohenberg-Kohn 定理、Kohn-Sham 方程、交换关联泛函、平面波展开、截断能和赝势等第一性原理的一些基本概念和计算方法。并介绍了我们本论文理论模拟与计算的工具:电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包 Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）。第三章:构建了 GP（h-BN）/TMDCs/GP（h-BN）SHS 模型。以 VASP 为第一性原理研究工具,系统模拟计算了 GP（h-BN）/TMDCs/GP（h-BN）SHS复合材料的光电性质的表现。结果表明:Gr/（Mo,W）（Se,Te）2/Gr SHS复合材料能在保有狄拉克锥前提下,打开Gr（零带隙）的带隙,根据其独特的光电性质,可将其应用于场效应晶体管等电子器件等;在h-BN/TMDCs/h-BN SHS材料中,TMDCs调节了h-BN（绝缘体）的带隙,使SHS材料的带隙（0.62～1.44 eV）更适应可见光吸收。第四章:构建了 g-C3N4/TMDCs/g-C3N4 SHS模型。以VASP为第一性原理研究工具,系统模拟计算了 g-C3N4/TMDCs/g-C3N4 SHS复合材料的光电性质的表现。结果表明:在g-C3N4/TMDCs/g-C3N4 SHS复合材料中,发现g-C3N4封面层通过卷曲提高异质结构稳定性。与第三章的h-BN/TMDCs/h-BN相比,g-C3N4/（Mo,W）S2/g-C3N4中价带电子由g-C3N4层中N2p所贡献,而导带由（Mo,W）S2层S2p,Mo4d或W5d等轨道组成,能很好实现可见光激发的电子与空穴分离,可应用于太阳能电池及光催化等领域。第五章:构建了 COF-366-Ni/CNTs复合体系。以VASP为第一性原理研究工具,模拟计算出该复合体系中COF-366-Ni和CNTs具有强烈的π-π堆积作用,而这种作用有利于电荷的快速转移。同时,模拟计算了该复合材料应用到电催化还原氮气制备氨的性能和表现。并成功合成了 COF-366-Ni,与CNTs进行复合后,实验证明了 COF-366-Ni/CNTs复合材料在室温常压下电催化还原氮气制备氨的性能确实比复合前单独的COF-366-Ni和CNTs有了非常显著的提高。第六章:对本论文做了如下综合性总结,并对自己的未来科研工作做了展望。根据以上研究,得出以下结论:1、在GP/TMDCs/GP SHS材料中,中间层TMDCs中的不同的硫族元素决定了 SHS材料具有不同的能带结构性质,而过渡金属的不同又决定了 SHS材料的带隙大小。2、h-BN/TMDCs/h-BN SHS复合材料相比较于Gr/TMDCs/Gr SHS材料,它们带隙（0.62～1.44 eV）更适合可见光谱响应。3、g-C3N4/（Mo,W）S2/g-C3N4由于良好的稳定性,带隙对应可见光吸收,优越的光生电子-空穴的分离性能,在光催化剂和太阳能电池等领域具有很强的应用潜力。4、在SHS复合材料中,当中间层与封面层带隙相差较大时,SHS的价带和导带均由具有较小带隙的二维单层贡献,而两者带隙相差较小时,SHS的价带和导带分别由两个二维层贡献。5、模拟计算表明,在氨的合成过程中,COF-366-Ni中Ni原子为催化活性中心,而COF-366-Ni与导电CNTs形成π-π堆积,有利于界面电荷的快速转移。6、在COF-366-Ni/CNTs复合体系应用于电催化还原氮气制备氨实验中也取得良好效果。这进一步证明了我们复合材料光电性质模拟计算的准确性。本文对二维复合材料的光电性质的调控做了理论模拟和实验研究。它揭示了二维夹心层结构材料（二维/二维）的一些结构和光电性质调控的规律,为二维夹心层结构材料在光电器件的应用提供了借鉴和参考。并且探究了COF-366-Ni/CNTs复合材料（二维/一维）在室温常压下电催化还原氮气应用的性质和机制,为二维COFs复合材料应用在电催化制备氨气提供了理论和实验基础。