石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理、化学性能，一经发现便成为纳米材料科学研究的热点。尤其是因为它绝佳的电学性能，使得石墨烯可能替代传统的半导体硅材料和碳纳米管成为新一代纳电子器件。为了对石墨烯的电子性质有更深入的了解，进而对其电子结构进行有效的调控，我们研究了几种不同的掺杂少层石墨烯体系的电子性质，得到了一些有意义的结果。本论文首先对石墨烯的研究现状，包括发现与制备、结构形态、物理性能以及应用前景进行了较为系统的评述。在此基础上，选用合适的研究方法——基于密度泛函理论的第一性原理方法，构建合理的结构模型对石墨烯电子性质的掺杂效应进行了深入研究，考察了其电子能带结构及电荷分布特征，并给出了物理机制。本文的安排如下：第一章是绪论，介绍了石墨烯的发现与制备、典型的晶体结构和电子结构特征、物理性能和应用前景，并对石墨烯的掺杂研究现状进行了阐述。第二章，对基于密度泛函理论的第一性原理方法进行了简单的介绍，并考察了该研究方法在碳纳米结构掺杂效应中的应用。通过对体系注入一个负电荷，研究了碘原子掺杂的不同管径碳纳米管的电荷分布特征。发现除(10,0)以前的锯齿管外，扶手管和其它的锯齿管所带的电荷总量，随着管径增加而增加，且两种类型碳纳米管的每个碳原子平均带电量随管径的变化趋势是相似的，因此具有相同的物理机制。参照碳纳米管和碘原子吸引负电荷能力的大小，可以比较不同管径的碳纳米管与电负性较强的卤素碘原子之间电负性的强弱。此外，通过该项研究，发现研究碳纳米结构掺杂效应并计算其电子性质，采用第一性原理方法是比较合适的。第三章，探讨了用卤素原子取代石墨烷中的氢原子，得到新的基于石墨烯衍生物的可能性。通过数值计算，发现可以形成稳定的类石墨烷结构碳化氟、碳化氯及碳化溴。碳化氟和碳化氯是半导体，它们的能带带隙比石墨烷的要小，而碳化溴是金属。另外，采用从头分子动力学模拟研究了碳化氟和碳化氯的热稳定性，发现在常温下它们都能够稳定存在，且碳化氟相比碳化氯，能经受更高的温度。最后以碳化氟为例，考察了单原子空位缺陷对其类石墨烷结构及电子结构的影响。第四章，同时考虑了掺杂原子和基底对少层石墨烯电子性质的影响，分别计算了单边掺杂和双边掺杂情况下少层石墨烯的电荷分布特征，发现在单边掺杂中，电荷转移主要发生在跳跃层上，与内层碳原子相比，该碳原子层能够接受或者捐出绝大多数的转移电荷。而双边掺杂的电荷分布特性则取决于掺杂原子和基底对石墨烯掺杂类型的组合：如果掺杂是n-C-n型，即掺杂原子和基底均为电荷捐赠者，石墨烯的两个跳跃层将从与之相近的电荷捐赠者那里获得电荷；如果掺杂是n-C-p型，石墨烯接近电荷接受者的跳跃层则趋向电中性。并且，采用多层平板电容器的模型，对这种现象进行了解释，发现静电能在体系的电荷分布中，起着决定性的作用。第五章，基于石墨烯和六方氮化硼同构性，研究了钾原子掺杂的联合层状系统：石墨烯/六方氮化硼的电荷分布特征。在结构模型上，分别考虑了钾原子掺杂的1~5层氮化硼置于5层石墨烯之上以及反转的1~5层石墨烯放置在5层氮化硼上的两种构型，发现它们的电荷分布特征互不相同。对于前一种情况，转移电荷主要分布在两个跳跃层上，即最外层的氮化硼不能够完全屏蔽钾原子提供的电荷，底下的石墨烯片层将获得部分的转移电荷，这可归结于石墨烯优先于氮化硼的能带填充；在后一种情况中，绝大部分的转移电荷分布在与钾原子相邻的最外层石墨烯上，这可以用经典的静电屏蔽效应来解释。令人惊奇的是，这些电荷分布特征并不随着石墨烯和氮化硼的层数增加而发生改变。第六章，对本文的总结及对于未来工作的展望。