自从2004年石墨烯首次发现以来,二维材料一直受到广泛的关注。近年来,二维材料处于飞速的发展过程中,凭借超薄的厚度、平整的表面和良好的柔韧性,吸引了研究者们极大的研究兴趣。然而,石墨烯受制于零带隙,在电子器件领域的应用存在挑战。二维二硫化钼尽管具有较好的稳定性以及合适的带隙值,但是其较低的载流子迁移率,使其在高性能电子器件中难以展现竞争力。此外,二维黑磷、硒化铟等由于在空气中的稳定性较差,在实际应用中其本征物性会发生严重的退化。因此,设计和探索新型二维电子材料,实现在高性能、低功耗电子器件中的应用成为关键挑战。为此,本论文从新材料的设计探索与物性调控,到器件的性能评估与结构优化,开展了系统的研究工作:（1）层数诱导的高迁移率二维SnSb2Te4电子态重新杂化探究。设计了一种具有高迁移率和优异光吸收系数的新型二维SnSb2Te4半导体材料,发现了其与经典二维材料Mo S2的电子性质层数依赖变化规律相反的电子性质演变规律。通过探究SnSb2Te4层间电荷积聚和电子态重新杂化,揭示了双层SnSb2Te4具有更强的光收集能力、更高的迁移率和更大的光电流的物理原因。结合多种方法验证了二维SnSb2Te4稳定性和实验制备的可行性,展现了它在未来的红外电子和光电器件中良好的发展前景和应用价值。（2）二维BX（X=N,P,As,Sb）横向异质结能级水平调控的理论研究。基于成键轨道理论,设计了一种新型横向异质结（BN）n（BX）n（X=P,As,Sb）,探究了其有趣的电子能带结构,并揭示了异质结边界的类型对电子结构的显著影响。通过研究异质结中化学键长度、强度与轨道重叠作用强度等性质,揭示了异质结电子性质的演变趋势,包括能带偏移,带隙以及能级状态。相关的研究结果提供了一种新的策略,从化学的视角设计新型异质结构,并应用到未来材料的高通量设计中。（3）第五主族烯二维衍生物材料窄沟道器件的输运特性研究。通过密度泛函理论与非平衡格林函数结合的方法,研究了第五主族二维衍生物As P和Bi N的输运性质。通过模拟亚10 nm的双栅场效应晶体管器件,展现了它们良好的输运特性,并与经典二维晶体管器件对比,揭示了有竞争力的性能表现。此外,结合电子性质的分析,探究了材料载流子有效质量与器件量子输运的内在关联。表明As P和Bi N的亚10 nm晶体管均能够满足ITRS标准的要求。相关的研究结果表明,二维As P和Bi N材料十分有希望应用于纳米尺度的电子器件中。（4）高开态电流的二维BP隧穿场效应晶体管（TFET）的器件结构调控策略。以二维磷化硼（BP）为模型,通过引入多种不同的器件结构并结合大量的性能测试比较,提出一种TFET器件结构设计策略,揭示了各种结构内在的隧穿机制,调控了TFET中的载流子隧穿概率,显著提升了TFET的开态电流,从而满足其在高性能器件中应用的需求。在结构优化策略指导下的BP基TFET的各项器件性能指标均能满足ITRS对高性能器件的性能要求。这里提出的器件结构策略有望实现TFET在后摩尔时代高性能器件中的应用。