随着工业化的推进,化石燃料的大量消耗将在未来带来能源短缺以及环境污染等问题,因此寻找低成本、高效、环境友好的可再生资源和储能系统迫在眉睫。太阳能电池和金属离子电池是理想的能量转换和存储设备,因此探索能够应用于太阳能电池和金属离子电池的材料吸引了人们极大的兴趣。二维材料具有仅有单层或几层原子厚,并且有较大的表面积,能够为光生载流子和金属离子提供较短的迁移路径,因此在太阳能电池和金属离子电池领域拥有广阔的应用前景。本文通过第一性原理计算,提出了三种新型的单层Ⅳ-Ⅵ族化合物,并预测了它们作为太阳能电池材料和金属离子电极材料的性能。主要研究内容如下:（1）我们选用了一种有机分子CH3OSi H3,通过分子组装得到了单层Ⅳ族氧化物α-CSiO,通过计算结合能、声子谱和弹性常数以及进行分子动力学模拟以验证其稳定性。α-CSiO展现出特殊的面内半拉胀现象,并具有1.71 e V的直接带隙、～10~5cm-1的光吸收系数和4.81×10~3cm~2V-1s-1的高载流子迁移率,因此α-CSiO有望被应用在电学、光学、力学等许多领域。（2）与α-CSiO类似,我们通过选用另一种有机分子CH3OGe H3设计了单层碳基材料α-CGeO。α-CGeO拥有良好的能量、动力学、热力学和机械稳定性以及1.59 e V的直接带隙,与许多太阳能电池材料的带隙值十分接近,因此α-CGeO对可见光拥有不错的吸收能力。此外,α-CGeO拥有较高的载流子迁移率以及面内方向的负泊松比,故α-CGeO能够应用在光伏和机械器件中。（3）二维Ⅳ族硫化物同样能够展现出有趣的性质,基于Si H3OGe H3小分子设计的SiGeS单层相对于其他类似的二维材料更有被制备的可能。SiGeS的稳定性通过计算结合能、声子谱和进行分子动力学模拟得以验证。SiGeS是带隙值为1.95 e V的间接半导体,具有拉胀性质以及出色的可见光和紫外光吸收特性。在应变调控下,SiGeS能够转变为带隙值为～1.5 e V的直接带隙半导体,并将光吸收谱扩展到整个红外光波段。（4）由于α-CSiO和α-CGeO拥有合适的直接带隙、出色的光学性质和超高的载流子迁移率,因此研究了这两种材料作为太阳能电池和钠/钾电池负极材料时的性能。首先对于太阳能电池,将α-CSiO、α-CGeO和其他二维材料（包括黑磷烯和过渡金属二硫化物）组合形成异质结激子太阳能电池,其功率转换效率可达到10.5-18.6%。另一方面,α-CSiO和α-CGeO能够作为潜在的纳/钾电池负极材料,它们能够拥有非常高的比容量、较低的扩散势垒和开路电压,对于钾离子最高比容量可达1433 m A h g-1,要高于已知的大部分二维钾电池负极材料。