可充电电池是人们日常生活中的一种重要储能装置。锂离子电池作为一种可充电电池,因其能量密度高、输出功率大、循环次数多、无记忆效应、绿色环保等优点,广泛应用在移动电话、笔记本电脑、电动汽车、太阳能电站等储能电源系统中。然而,电极材料对锂离子电池的性能影响很大,低安全性、低充电速率、相对高的成本等缺点限制了锂离子电池的发展。因此,研究具有新型结构和性能的电极材料对提高锂离子电池的性能具有重要意义。自从发现石墨烯以来,二维材料取得了飞速的发展,可提供几乎所有纳米电子器件所需的电子特性。二维材料具有尺寸小、比表面积高、机械强度大、易于调控等优异的物理和化学性能,成为离子电池、光电器件、传感器和自旋电子学等诸多领域应用的理想材料。理论计算可以预测和验证二维材料性能,以理论研究为指导能够大大提高实验效率。本文以密度泛函理论为指导,通过第一性原理计算方法,理论上预测了新型二维金属化合物材料在电子器件中应用的可行性,主要内容如下:（1）探究了新型二维过渡金属硼化物（TMBs）作为锂/钠离子电池负极材料的可行性。主要计算电子结构、吸附能、扩散能垒、开路电压和存储容量。过渡金属硼化物为正交结构且表现出优异的电导特性。锂/钠原子在过渡金属硼化物表面形成稳定的吸附,扩散能垒远远低于市售电极材料,更重要的是,高化学计量比（即TMBLi₂/TMBNa₂）导致高存储容量。因此,二维单层过渡金属硼化物,尤其是3d轨道过渡金属应该是大容量锂/钠离子电池负极材料的理想选择。（2）提出了二维锂离子电池负极材料的多活性中心可以大大提高储存容量。二维过渡金属氮化物及其表面官能团拥有独特的电化学性质,影响着离子吸附、扩散和电子性质。研究发现Cr₂NH₂在吸附锂原子前后都表现出结构稳定性和金属性,Cr和N原子都可以与锂原子形成强烈吸附行为,这种独特的多活性中心和多层吸附行为,大大提高锂的存储容量(822m Ahg^-1),几乎是二维过渡金属化合物中的最高值。同时计算结果表明锂在Cr₂NH₂单层上拥有低扩散能垒（0.085eV）和开路电压（0.53eV）。因此,合成具有更高共价特性的二维过渡金属化合物将对于开发高性能锂离子电池负极材料具有广阔的前景。（3）发现了外加电场对卤化铟InX（X=Cl,Br,I）单层产生巨大的带隙调控,实现绝缘体——金属的跃迁,可以用于设计新的场效应晶体管。理论计算结果表明,由于剥离能量相对较低,卤化铟单层可以轻松地从其三维本体结构中剥离。同时外加电场时由于In-X键的离子特性和弱的静电屏蔽作用,实现了巨大的带隙调控,而且InCl、InBr和InI单层有效因子（ΔE_g/U）为0.90、0.88和0.78,比以前的任何报告都高得多。此外,对于InI双层和四层,能隙可以通过实际电场轻松地闭合,闭合带隙的临界电场分别仅为0.3 V/?和0.1 V/?。因此,拥有大的有效因子的离子型半导体有望在未来开发高性能器件中发挥潜力。