界面问题在二维材料器件应用中非常常见,并且深刻影响着材料的物理化学性质,因此,界面的研究具有重要意义。在本论文中,通过第一性原理计算,我们利用层间旋转、衬底、团簇修饰等手段,针对电子器件、自旋电子器件以及光电转换器件等应用,系统研究了界面效应对几种常见二维材料（如黑磷、CrI3、MgO超薄膜、g-C3N4）的电子性质、磁性以及催化特性的影响,深入理解了二维材料界面效应的根本机制,为新型二维材料器件的合理设计及其性能的精准调控提供了有价值的理论指导。二维材料的层间旋转诱导出许多新奇的物理现象,其层间相互作用与旋转角度具有明显的依赖关系。本论文首先利用第一性原理计算,系统研究了双层旋转黑磷的结构和电子性质,发现其层间相互作用与旋转角度呈近似36°的周期关系,这源于上下两层磷原子孤对电子的耦合强度随旋转角度呈周期性变化。有趣的是,双层黑磷的电子结构和载流子输运的各向异性可以通过旋转角度从0°到90°连续且大幅度调控。另外,具有弱层间耦合的双层黑磷体系会在垂直表面方向产生一个较强的自发电极化,导致其能带结构和空间电荷分布随外加电场的变化行为完全不同于具有强层间耦合的体系。二维磁体与衬底形成的界面会极大地影响其磁性。针对半导体衬底上的双层CrI3,本论文研究了近邻效应对其磁性的调控规律。发现块体半导体衬底（如Ⅱ-Ⅵ族和Si）与双层CrI3产生明显的电荷转移,使得CrI3中引入电子掺杂,极大地增强Cr原子eg-t2g轨道的耦合强度,进而提高CrI3的铁磁最近邻交换系数,最终导致双层CrI3发生反铁磁（AFM）到铁磁（FM）相的转变以及面内铁磁耦合的增强。第一性原理计算和蒙特卡罗模拟表明,块体半导体衬底与CrI3之间会形成较强的共价键,而2D半导体衬底与CrI3则表现出较弱的范德瓦尔斯作用,这种不同强度的界面相互作用对CrI3的层内和层间铁磁耦合强度以及居里温度具有关键影响。此外,二维材料与衬底的界面电荷转移会影响二维材料的表面性质。本论文研究了MgO超薄膜与过渡金属衬底的界面结构和催化行为。我们发现由于金属衬底与MgO超薄膜的电子耦合作用能够稳定MgO的单层和多层结构,并且引入额外的表面电子态,使MgO超薄膜的费米能级往高能量移动,靠近CO2分子的反键轨道,因此能够活化和还原CO2。另外,MgO超薄膜的层数和暴露面以及金属衬底的种类和晶面决定产物的选择性。我们进一步研究了制催化活性和选择性的关键因素,发现MgO超薄膜的p带中心以及MgO/金属异质结的功函数与CO2吸附能呈线性关联,为廉价、清洁、高效的催化剂设计提供了有价值的理论指导。二维材料具有非常大的表体比,可以通过表面修饰来调控其电子结构和物理、化学性质。本论文利用亚纳米团簇来功能化二维碳氮多孔材料,使其用于光催化全分解水。以管状MgO团簇修饰二维g-C3N4为代表,我们详细研究了其界面结构、水环境中的稳定性、光生载流子动力学行为、光吸收谱以及催化机理。由于MgO和g-C3N4间的协同作用使得MgO/g-C3N4异质结构具有Ⅱ型能级排列、较大的氧化还原驱动力、增强的可见光吸收、较快的光生电子和空穴分离速率以及丰富的双功能活性位点。另外,催化活性与Mg原子的p带中心有关,即p带中心越高的体系对反应中间体的吸附越强。以上研究成果有助于从原子尺度上理解界面效应对二维材料的电子性质、磁性和光电转换过程的影响,为精准设计高性能的二维器件奠定重要理论基础。