人类的生存和发展需要大量能源,然而传统燃料能源不可再生,并且燃烧会产生大量有害气体,能源与环境问题是人类社会发展不可避免且急需解决的问题。氢能源以其丰富的储量、清洁的产物等优点成为替代化石燃料的新能源之一,其安全有效的储存是现代科学研究的热点问题。同时,对传统燃料能源燃烧产生的有害气体的吸附、检测等也是相关科学研究的重要领域。多孔石墨烯（PG）和氢取代石墨炔（HsGDY）等二维材料由于其大的比表面积和丰富的孔位结构等特点,在氢气的储存及有害气体的检测方面具有很大的应用潜力。晶胞由三个C₆H₂环组成的PG因其较大的比表面积和孔径,可以为H₂分子提供充足的吸附位点,成为一种新型的储氢碳材料。采用密度泛函理论研究了Sc修饰PG的储氢性能。结果显示,单个Sc原子在PG上的最优吸附位置为中心孔位,Sc原子的修饰提高了H₂的吸附能,体系单侧能吸附9个H₂分子,平均吸附能为-0.238 eV。两个Sc原子双侧修饰PG的最优吸附位置为对称吸附在中心孔位两侧,体系最多可以吸附40个H₂分子,以Sc原子为中心成半球形对称吸附,吸附量高达20.530 wt.%,平均吸附能为-0.117 eV。Sc修饰PG体系与H₂分子的吸附作用主要是带负电的H₂分子与带正电的Sc原子间的Kubas相互作用和库仑吸引作用。H₂分子吸附后存在两种极化类型,内层H₂分子垂直H—H键方向极化,平行PG面吸附;外层H₂分子沿着H—H键方向极化,垂直PG面吸附。HsGDY是一种具有和石墨炔相似结构的新型炔基碳材料。采用密度泛函理论对NO、NO₂、NH₃、N₂四种气体小分子在B原子掺杂前后的HsGDY上的吸附进行研究,研究表明,与NH₃和N₂分子的吸附相比,NO和NO₂在HsGDY和B-HsGDY上的吸附电荷转移量较大,相互作用更强,吸附能也较好。B原子的掺杂能有效提高HsGDY对气体小分子的吸附性能,尤其对NO和NO₂分子的吸附能有很大的提高。HsGDY和B-HsGDY对气体的吸附均为物理吸附,并且具有很好的吸附选择性,有望应用于NO和NO₂的气敏材料。