近年来随着相关理论和数值算法的飞速发展,基于密度泛函理论的第一性原理方法在凝聚态物理、量子化学和材料科学中得到非常广泛的应用;石墨烯(graphene)以其奇异的特性及诱人的应用前景而受到广泛关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,以单原子层石墨烯为研究对象,研究了其在不同缺陷下的优化结构、能带结构以及光学性质。主要分析了四种缺陷下的情况:单空位缺陷、双空位缺陷、吸附杂质原子及拓扑缺陷,得到以下结论:(1)在模拟前先对模型进行优化,优化结果发现缺陷可以破坏石墨烯晶格的周期性,使键长及原子之间的距离均发生改变,其中缺陷附近的变化最大。(2)缺陷可以改变石墨烯的导电属性,使其禁带宽度由零带隙变为具有一定带隙宽度的半导体,并且不同的缺陷为石墨烯打开不同的带隙:单空位缺陷、双空位缺陷、吸附H及拓扑缺陷石墨烯的带隙依次为0.408eV、0.653eV、0.48eV和0.203eV。(3)缺陷的引入使得石墨烯的光学特性发生了严重变化,本文中模拟了缺陷石墨烯的反射谱及吸收谱,缺陷使得完整石墨烯的反射系数增大而吸收系数减小。同时,峰值的位置和峰的个数均发生了变化。