在石墨烯的问世将人类的科学研究带进了二维世界之后,越来越多的二维材料在实验中获得。受实验室成功合成类石墨烯结构双层二氧化硅（bilayer silica）薄膜材料的启发,通过第一性原理计算,探索了类石墨烯双层二氧化锗（bilayer GeO₂）薄膜材料的晶体结构和电子性质。除此之外,通过粒子群搜索构建了另外两种更为稳定的二维锗基氧化物（4-GeO₂和6-GeO₂）薄膜材料。研究结果表明,这三种二维锗基氧化物都属于宽带隙的半导体,通过声子色散曲线和分子动力学模拟的计算均可证明研究的三种材料是稳定的。对于宽带隙半导体,对比这三种材料的带隙,带隙最小的类石墨烯的bilayer GeO₂材料在太阳能电池中可用做发光的结构,而带隙最大的6-GeO₂可做为太阳能电池的电极材料;在光学性质方面,类石墨烯的bilayer GeO₂和4-GeO₂材料在x和y方向上表现出非常相似的光学吸收特征,并且发现介电函数的虚部和吸收光谱均与能带结构图显示出一致的带隙。除此之外,在深紫外区光吸收较强,说明了其作为紫外光学探测器的可能性;二维6-GeO₂材料,在y方向的迁移率可达1.2×10⁴ cm²V^-1s^-1,略小于石墨烯。另外两种结构的载流子迁移率也相对较高(MoS₂³.0 cm²V^-1s-¹)。研究的三种带隙合适的锗基氧化物材料具有稳定性好、载流子迁移率高、吸光性好等特性,在电子、光电子等领域具有广阔的应用前景。另一方面从热点材料磷烯出发,在粒子空间群的基础上,结合第一性原理的计算,在若干个x/y比值二维单分子层结构中,选定了比值x/y=1:1和1:2的四种稳定结构薄膜。研究结果显示,这些新颖结构的单分子层还具有独特的电子特性,其中,Pmc2₁-SnP₂结构的单分子层薄膜可以通过空穴掺杂实现由非磁性转变为铁磁性,且Pmc2₁-SnP₂结构的单分子层薄膜是一种面内弹性各向异性的类-直接带隙半导体,沿k_b方向具有高达800 cm²V^-1s^-1的高电子迁移率,这些发现拓展了二维Sn_xP_y结构在纳米电子领域的潜在应用,为电子和光电子领域的发展提供了新的思路。除了合成化合物,还对磷烯卷叠成的一维纳米管进行了研究。APNTs纳米管材料是具有较小的间接带隙的半导体材料,研究了尺寸效应（尺寸越大带隙越小）、应变效应和掺杂杂质原子对一维磷基纳米管电子性能的影响。带隙可以被规律性的调节且通过应变调节可以覆盖红外光的整个范围,是红外光器件制备的备选材料。研究表明,尺寸效应对APNTs纳米管的影响比较明显,猜想尺寸若不断增大纳米管最终会实现从半导体到金属性质的转变。除此之外,掺杂杂质原子后,APNTs纳米管体系的电子能带结构完成了的半导体-金属-半导体-金属的规律性变化。因而,小带隙的可调性、显著的应变效应、尺寸效应和掺杂效应使APNTs在纳米级薄膜效应晶体管、红外探测器和应变传感器等领域具有广阔的应用前景。最后,研究了掺杂杂质原子后双层磷烯纳米面的电子性质和能带结构,研究表明掺杂原子电子数为奇数的体系保持了原始半导体性质,而价电子数为偶数的掺杂原子使体系具有金属性质。研究结果将为磷烯在纳米电子器件中的应用开创了新的方向。