磷烯优异的电、光、热学等性质使其在场效应晶体管、光电子器件、气体传感器及太阳能电池等方面具有广阔的应用前景。近年来人们一直致力于用气相沉积法在过渡金属表面上合成磷烯,但迄今为止取得的进展仍有限。主要原因是磷原子与大部分过渡金属之间存在过强的相互作用,使得磷烯难以在衬底表面稳定存在。本论文研究了磷异构体在不同过渡金属表面的形成和演化,探究了适合蓝磷烯外延生长的催化衬底。同时,考虑到黑磷烯在室温环境下容易氧化,我们还探索了稳定黑磷烯结构并保持其优异电学、光学性能的方法。具体研究结论如下:过渡金属的表面活性影响磷异构体的形成。基于密度泛函理论（DFT）计算,我们研究了五种磷异构体,包括蓝磷烯结构、类蓝磷烯结构、表面磷化物、金属-磷网络状结构和表面磷化物上的蓝磷烯结构,在五种不同过渡金属表面（Au（111）、Cu（111）、Co（0001）、Ni（111）和Pt（111））上的稳定性。研究发现,在活性较低的过渡金属表面,如Au（111）表面,通过控制P原子的覆盖度可以形成蓝磷烯。而在活性较高的过渡金属表面,如Cu（111）、Co（0001）、Ni（111）以及Pt（111）表面,表面磷化物会优先形成,进一步提高P原子覆盖度可以在表面磷化物上形成蓝磷烯。Ag（111）表面可形成磷链、磷五元环以及蓝磷烯等磷异构体。在Ag（111）表面上,一维扶手椅型磷链结构在低磷浓度下稳定性高,而磷五元环结构在中等磷浓度下最为稳定。这种扶手椅型链和五元环结构在Au（111）、Cu（111）、Co（0001）、Ni（111）和Pt（111）衬底上均不能稳定存在。研究还发现Ag（111）表面上的磷五元环具有不同的排列方式,这与实验观察结果非常吻合。基于一维磷链和磷五元环的稳定结构,我们预测Ag（111）表面上蓝磷烯的生长机制如下:在低磷覆盖度下,扶手椅型磷链首先形成;在中等覆盖度下,磷链中每五个P原子的相连的P-P键断开并形成五元环结构;进一步提高磷覆盖度时,五元环结构迁移到蓝磷烯边界进行生长。C60在黑磷烯边界的化学吸附可保护黑磷烯及其优异性质。第一性原理计算发现利用C60钝化黑磷烯的边缘可提高其稳定性,并且不会破坏黑磷烯的优异性能。C60在锯齿形、扶手椅型和θ54黑磷烯边缘的吸附使得黑磷烯的导带底（CBM）移动至O2/O2-氧化还原电势以下,有效阻止了黑磷烯中的电子在光照条件下转移至O2分子。并且,吸附了C60的黑磷烯的CBM轨道分布从边缘的P原子转变为C60,价带顶（VBM）分布仍然保持在黑磷烯上,这一变化导致光激发下电荷从黑磷烯转移到C60而不是O2分子上。此外,C60钝化的黑磷烯的光吸收能力增强,为黑磷烯在光电领域的应用提供了更好的性能。本论文揭示了不同过渡金属表面的磷异构体结构的多样性,提出了适合蓝磷烯生长的可能的衬底和实验条件,为实验上在过渡金属表面合成磷烯提供了理论指导。此外,我们的研究为通过边缘功能化提高黑磷烯稳定性的方法提供了理论机制。