α、β、γ-石墨炔（Graphyne）是由sp²和sp杂化碳原子构成的二维碳材料,具有天然的带隙,是一类本征半导体。三种石墨炔同时具有比表面积大、高度共轭、无顺反异构、载流子迁移率高等优点,理论预测α、β、γ-石墨炔在光电器件、催化剂、储能、电池阳极材料等领域有着广阔的应用前景。三种石墨炔结构的带隙值比较小,在0～0.46eV之间,因此,探索调控石墨炔带隙的方法是拓宽它们应用领域的有效途径。实验上成功合成出的γ-石墨双炔（Graphdiyne）在经过硼（B）、氮（N）元素掺杂后,能更好地应用于太阳能电池、储锂、传感器等领域,这种现象证实了石墨炔的性能可在掺杂其他元素后得到改善。当前的研究表明α、β、γ-石墨炔型BN（Graphyne-BN）属于宽带隙半导体,带隙值均大于4eV,在紫外光区显示出强烈的光学响应,证明了B、N元素能够有效地调控α、β、γ-石墨炔的光电性能。α、β、γ-石墨炔型BN已经被大量地研究,但是保持碳（C）元素自身的α、β、γ-石墨炔型BC_xN结构至今未有报道。因此,本文基于密度泛函下的第一性原理,对三种全碳石墨炔结构进行硼氮元素替换,设计出新的石墨炔型BC_xN结构。由于α、β、γ-石墨炔中的C原子杂化方式既有sp杂化也有sp²杂化,在设计石墨炔型BC_xN时,本研究文采用三种方法替换石墨炔中的C原子。即通过等数量的B、N原子取代α、β、γ-石墨炔结构sp²杂化的C原子;取代α、β、γ-石墨炔结构sp杂化的C原子以及含炔键的碳链上的所有C原子。在对各种可能的模型进行几何优化后,根据能量最低原则,得到了最稳定的α-BC₂N、β-BCN和γ-BC₂N结构。本文采用CASTEP程序包对α-BC₂N、β-BCN和γ-BC₂N进行几何优化,在确定它们的晶格常数后,通过计算结合能和声子谱验证了α-BC₂N、β-BCN和γ-BC₂N的热力学稳定性和动力学稳定性。随后,本文系统地计算了三种结构的电子结构、光学性质、力学性质、热学性质和储氢性质。考虑到调控带隙对于半导体材料应用的重要性,本文还计算了应变对α-BC₂N、β-BCN和γ-BC₂N带隙的调控作用。电子结构的计算表明了α-BC₂N、β-BCN、γ-BC₂N带隙值分别是2.541eV、0.241 eV和1.711 eV,导带最小值和价带最大值在同一高对称点上,三者均属于直接带隙型半导体。与全碳石墨炔的带隙值相比,B、N原子的掺入打破了原有结构对称性,带隙值明显增大。在拉伸应变的作用下,化学键被拉长,电子间相互束缚作用减弱,三种结构的带隙值均随应变的增加而减小。本文通过计算α-BC₂N、β-BCN、γ-BC₂N的吸收谱、反射率、折射率、消光系数、介电函数和损失函来研究它们的光学性质。研究发现三者的反射率仅为0.04、0.1和0.18,可用作吸波材料。同时,水平极化下的复介电函数和垂直极化下的复介电函数表明α-BC₂N、β-BCN、γ-BC₂N的光学性质呈现出各向异性。通过研究热学性质发现,α-BC₂N和β-BCN的最小热导率均小于二氧锆的最小热导率,有杰出的隔热性能。在研究力学性质时发现,γ-BC₂N的杨氏模量约为石墨烯的一半,并具有有良好的不可压缩性能。差分电荷密度和键布居表明α-BC₂N中的C-C键最强,β-BCN和γ-BC₂N中的B-N键最强。对于储氢性能而言,α-BC₂N最多能吸附5个氢分子,β-BCN最多能吸附12个氢分子,γ-BC₂N最多能吸附10个氢分子,三种结构对氢分子的吸附方式主要是物理吸附。