低维纳米材料因其丰富的物理化学性质引起了工业界和学术界广泛的关注,本文基于Mo2C,InSb,和InP3材料,从一维纳米管,二维纳米片材料考察其在材料电子学,自旋电子学,力学以及催化反应方面的应用。全文共分成五个部分,第一个部分是密度泛函理论简介,第二部分考察单壁Mo2C纳米管磁性和电子学性质的第一性原理研究,第三部分是提出来一种类似于磷烯结构的单层InP3,其具有潜在的析氢反应性能,第四部分是关于InSb单层和单壁纳米管的结构和电子性质的理论研究,第五部分是跟实验合作,Mo掺杂的W18049中的缺陷态在光催化固氮方面具有很好的活性。第一部分就是密度泛函理论简介,采用基于KS理论,解单粒子的薛定谔方程,方法的精度取决于泛函的选择,常规体系采用LDA和GGA,对于弱相互作用体系采用D2（3）或vdw-DF等,关联作用比较强的体系,往往采用与轨道相关的方法,如DFT+U和HSE06等。第二部分是H和T型Mo2C单壁纳米管的结构、电子学和磁性方面的性质,相同直径的扶手椅型Mo2C纳米管的T相比H相能量更低,然而之子型的H比T的能量更低,特别是H（8,0）的纳米管由于结构的畸变比单层的能量还低。所有的Mo2C纳米管是独立于手性的磁性金属,并且外层Mo原子的磁矩比内层的大。Mo2C纳米管具有混合的离子键和共价键以及Mo原子上离域的电荷导致可调的电子和磁学性质,在催化和自旋电子学方面具有潜在的应用。第三部分是关于析氢反应的新型催化剂的设计,基于InP3,设计了一种具有磷烯相的单层材料,这个材料可以通过机械剥离出InP3（0-1 1）表面,通过析氢反应自由能计算发现具有和常见的Pt以及MoS2类似的性能。对比已经报道的类石墨烯相的单层InP3的结构和电子结构,发现类磷烯相的InP3具有更低的能量。进一步从热力学和动力学上表征材料也都是稳定,即使在水中也是可以稳定存在的。HSE06计算结果发现此结构的带隙是0.53eV,在明显应力作用下,此结构也是稳定的。第四部分是InSb单层和单壁纳米管的结构和电子性质研究,InSb拥有高的电子和空穴的迁移率,分别是～7×103 and 0.7×102。从单层到扶手椅和之字型的纳米管,最优的结构参数,能级位置以及电子结构进行比较,单层结构是个直接带隙的半导体,具有1.29eV,当卷成InSb（6,6）和InSb（6,0）纳米管,带隙分别增加到1.58eV和1.70eV。第五部分光催化固氮方面的内容,基于Mo掺杂替换W18049中的W原子,调控N2的活化。经验上,带氧空位的配位不饱和的金属原子作为N2活化以及电荷转移的活性位点,掺杂的低价态的Mo物种更有利于N2的活化与解离,主要有以下几方面原因:（1）极化化学吸附的N2分子,有利于电子从配位不饱和位向N2吸附物种转移,通过质子耦合过程更容易使N2活化解离;（2）提升缺陷带中心向着fermi能级的位置,保持N2还原激发态电子的能量。这个工作在光催化固氮方面提供了新奇的视角,在调控催化活性上重新审视了微小电子结构调控的可用性。