随着社会和工业的不断发展,能源短缺和环境污染成为限制经济发展的主要问题。氢气作为一种绿色的能源,可在太阳光照射下,利用光催化分解水产生,这样既能循环利用能量,又能避免化石燃料燃烧产生的污染。而光催化剂中光生载流子较高的复合率极大地限制了其光催化性能。研究发现,不同半导体“面对面”堆叠所形成的异质结,其界面处强的内建电场可加速载流子的有效分离。而二维材料因其大的比表面积、易调控的电子态和层间弱范德华力等优势成为构建异质结的理想候选材料。但是,异质结的光催化活性依然较低,其层间电荷转移、氧化还原能力需要进一步提高。因此,本文选择卤氧化铋异质结、SnS2为基底的二元和三元异质结、g-C3N/MX2（M=Mo和W,X=S和Se）异质结、g-C6N6/Gr异质结和WS2/BlueP异质结为典型范例,基于密度泛函理论第一性原理计算,深入探讨界面对异质结光电性能和光催化性能的影响。针对g-C6N6/Gr和WS2/BlueP异质结,研究了面内单轴和双轴应变对其电子态、层间电荷转移和光催化性能的调控。此外,在WS2/BlueP异质结中分别掺杂（Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ）族原子,研究界面缺陷对电子传输和光催化性能的影响。所取得的主要成果如下:（1）卤氧化铋异质结BiOI/BiOX（X=F,Cl,Br）的能带在VB中引入了 I-5p轨道导致带隙减小产生更多的光生载流子,对应于吸收边红移。层间内建电场实现光生载流子的有效分离,有利于可见光下的光催化性能。以h-BN,g-C3N4和ZrS2作为吸附层,SnS2作为基底的二元和三元异质结的带隙处于1.44 eV～1.91 eV,适合水分解。带边和内建电场的协同效应,使异质结分为Z机制,Ⅰ型,Ⅱ型/Z机制,Z机制/Ⅰ型和Z机制/Z机制。除ZrS2/SnS2之外,其氧化还原中心位于不同层,且所有异质结都可以用于自发的全水分解。三元异质结比孤立纳米片和二元异质结具有更强的吸收强度,且吸收边发生红移,有望实现可见光下光催化性能的增强。g-C3N/MX2（M=Mo和W,X=S和Se）的电荷的定向运动将形成由g-C3N指向MX2的极化场。g-C3N/MoSe2,g-C3N/WS2和g-C3N/WSe2的电荷转移遵循直接Z机制,g-C3N的CB成为还原中心,MX2的VB成为氧化中心。g-C3N/MX2具有与孤立纳米片同一数量级的吸收强度,且吸收边红移。因此,异质结可以有效地提高材料的光电性能并提高光催化性能。（2）通过-8%～8%面内单轴和双轴应变调控g-C6N6/Gr的电子态和光催化性能。单轴应变会显著影响带隙,而双轴应变会影响界面距离、应变能和功函数。-4%应变使g-C6N6/Gr的VBM和CBM分别位于Gr和g-C6N6层中,从而实现了载流子的有效分离。-6%,-4%,-2%双轴应变和理想g-C6N6/Gr,HER的吉布斯自由能分别为 0.522 eV,1.185 eV,1.671 eV 和 1.845 eV。而对于 WS2/蓝磷（BlueP）异质结,应变可以使能带排列从Ⅰ型转变为Ⅱ型或Z机制。在PH=0和PH=7时,-2%单轴和双轴应变WS2/BlueP可以完成全水分解。因此,面内单轴和双轴应变可以有效地调节异质结的电子态和光催化性能。（3）利用界面缺陷来调控WS2/BlueP异质结的电子态和光催化性能。WS2/M-BlueP（M=C,Si,Ge,Sn,Sb,S,Bi）和 M-WS2/BlueP（M=N,P）的能带排列从Ⅰ型变为Ⅱ型。WS2/C-BlueP,WS2/S-BlueP,N-WS2/BlueP 和 P-WS2/BlueP可以进行全水分解。WS2/S-BlueP,N-WS2/BlueP和P-WS2/BlueP中发生更多的电荷转移,界面处将产生更大的内建电场,从而实现了光生载流子的有效分离和光催化性能的增强。因此,界面缺陷可以有效地调节异质结的电子和光催化性能。综上所述,具有Ⅱ型和直接Z机制电荷传输路径的异质结可使光生载流子有效分离,氧化还原中心位于不同层,该类异质结是高效光催化剂的理想候选者。Ⅰ型异质结的氧化还原中心位于同一层,可以通过面内单轴和双轴应变调控其原子间相互作用,改善电子态占据使其转变为Ⅱ型和直接Z机制异质结。在异质结中引入界面缺陷,通过缺陷能级调控电子态和层间的电荷转移,也可导致异质结能带排列由Ⅰ型转变为Ⅱ型或直接Z机制。能带排列的转变使光生载流子的传输路径发生改变,从而实现了光生载流子的有效分离。因此,BiOI/BiOX（X=Cl,Br）、SnS2为基底的二元和三元异质结、g-C3N/MX2（M=Mo和W,X=S和Se）异质结的Ⅱ型和直接Z机制异质结可以提高相对应纳米片的光催化性能,而WS2/BlueP异质结的Ⅰ型能带排列可以通过应变和界面缺陷使其转变为Ⅱ型和直接Z机制,调控其电荷传输路径并改善光催化活性。