本论文主要利用密度泛函理论通过理论计算的方法研究了二维材料在气体传感方面的应用,并通过分析,根据气体传感机制,探究其在甲烷活化中的潜在应用。主要的研究成果如下:近年来,C₃B单层因其在许多领域的潜在应用而备受关注,因此,本论文探索了它作为气体传感器的应用。由于实验合成的C₃B通常是C过量的,所以我们从理论上研究了大气中的常见气体和有毒气体在C过量的C₃B上的吸附行为,并与纯C₃B上的吸附情况进行了比较。结果表明,只有NO、NO₂、CO和NH₃能够吸附在C_3+xB上。其中,CO和NH₃以及NO和NO₂分别吸附在C_3+xB中的B原子位以及掺杂C₁原子位。并且在整个吸附体系中无论是否存在CO、NH₃和其他气体,C_3+xB都对NO和NO₂具有高选择性。另外,研究发现在C_3+xB上的吸附气体可以通过向系统中注入电子去除。基于这些结果,表明C过量的C₃B是一种具有高灵敏度和高选择性的NO₂和NO气体传感器。当前,实验已经成功制备了新型二维材料MnBF,本论文基于密度泛函理论研究了MnBF作为气体传感器的潜在应用,我们从理论上研究了大气中的常见气体和有毒气体在MnBF表面不同位点以及气体分子不同旋转方向的吸附情况,由最终优化结果计算出吸附的气体分子距离MnBF表面的最近距离,并且计算了吸附在MnBF上不同气体的电荷转移及态密度。结果表明,二维材料MnBF可以作为NO高灵敏度和高选择性的气体传感器材料。研究证明,甲烷活化对获得清洁能源具有重要意义。本论文通过分析二维材料与甲烷的相互作用机制,设计了一种过渡金属元素硼基配合物的新型催化材料,将过渡金属元素硼基配合物应用于甲烷中C-H键的劈裂,分别计算了第四周期中的过渡金属元素作为这种新型催化剂的可能性。经过计算发现Mn、Ni和Cu在催化甲烷中C-H键的劈裂时,从热力学上分析是不可行的,而Sc至Co等其他过渡金属元素由于较小的反应能垒从而表现出很高的催化活性。基于这些结果,我们可以得到结论,过渡金属元素硼基配合物可以作为甲烷活化的催化剂材料。