随着化石燃料短缺和环境问题的日益严重,开发绿色可持续能源已成为当前能源领域的研究焦点。其中,氢能由于其可再生,热值高和绿色洁净的特点,引起了人们的广泛关注。在现有的多种制氢方法中,基于太阳能驱动的半导体光解水制氢技术有望成为解决当前能源危机和环境问题的最有效途径,具有深远的应用前景。近几十年,研究者们投入了大量努力去寻找和制造先进高效的半导体光催化剂。早期的研究多集中在传统块体光催化剂,大多数块材半导体由于光生载流子复合率高以及可见光利用率低等缺点,其产氢率并不高。近些年二维材料的蓬勃发展,促使研究者们将目光转移到了二维材料上。二维材料具有比表面积大,载流子迁移率高以及电子结构易调控等独特优势,为新型高效光催化剂的设计提供了新思路。最近实验和理论提出的“构建直接Z型二维范德华异质结”就是一项新颖的改性策略,研究表明构建Z型范德华异质结不仅能有效抑制电子空穴对复合,同时又能保证强的氧化还原能力,达到提高材料光催化性能的目的。因此,构建二维范德华异质结已成为当前光催化分解水领域的研究热点。本文基于第一性原理计算,对二维Ge C/BSe和Ge C/Ga2SO范德华异质结的电子结构和光催化性质进行了深入研究。主要研究内容总结如下:第一章介绍了研究背景。首先介绍了光催化分解水的基本原理及研究现状,然后介绍了二维光催化材料的研究现状及相关改性研究,并重点概述了Z型光催化剂研究进展,最后提出了本论文的研究动机。第二章对本论文所涉及的理论基础进行了介绍。主要介绍了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,其中包括密度泛函理论的发展过程,交换关联泛函以及范德华校正的理论基础。第三章通过第一性原理计算研究了二维Ge C/BSe范德华异质结的电子结构、光学性质和光催化机理。结果表明,Ge C/BSe异质结在内建电场的作用下形成了Z型电荷转移模式,并且其能带边缘跨越水的氧化还原电位,满足光解水反应的基本要求。另外,Ge C/BSe异质结构表现出良好的动力-热力学稳定性和光吸收能力,并且采用拉伸应变可以进一步提高其在可见光范围内的光吸收强度。最后,Ge C/BSe异质结构表现出优异的脱附H2的能力。这些特性使得Ge C/BSe异质结构在光催化分解水方面有良好的应用前景。第四章基于第一性原理计算系统研究了Ge C/Ga2SO范德华异质结（Model-I和Model-II）的热稳定性、电子结构、光学性质以及光催化性质。分子动力学模拟结果显示Model-I和Model-II结构可在室温（300K）稳定存在,进一步的电子结构和电荷密度分析表明Model-II为Z型异质结。同时,Model-II的带边位置仍可以跨过标准的氧化还原能级,进行自发的氧化还原反应。通过施加双轴应变可以很好的调控和改善Ge C/Ga2SO异质结的带边位置和光吸收性质。我们的研究结果说明Ge C/Ga2SO异质结在光催化分解水方面具有重要的应用前景。第五章总结与展望。