随着社会的进步,以化石燃料为主的能源结构越来越呈现出它的弊端。这也使得环境污染和能源短缺成为当前人类社会面临的主要问题之一。随着科学技术的发展,化石燃料正越来越多地被清洁能源和可再生能源所替代。利用太阳能,通过高效、经济和无污染的光催化技术来生产清洁、可再生的能源,分解污染物,是目前阶段可以有效解决能源短缺和环境污染问题的有效方法之一。近年来,二维材料由于其独特的性质,引起了广泛的关注,被越来越多地应用在光催化领域。其中,硫化锗（GeS,germanium sulfide）作为一种具备高载流子迁移率、高光吸收效率和良好稳定性能的二维材料,在光催化制氢和降解污染物的研究中非常有潜力。但是单层GeS较大的间接带隙限制了对于太阳光的吸收范围,并且其有限的氧化能力也导致光催化水分解产氧反应难以实现。所以发展单层GeS材料作为高效的光催化剂应用于光催化反应还需要进一步调控。在本论文中,以单层GeS为研究对象,采用密度泛函理论计算,尝试通过合适的手段,包括施加应力、构建异质结等调节其电子结构,改善其光催化性能,使之更好地适用于光催化反应。主要结果如下:（1）将两种GeS单层构建成异质结体系,改善结构的光利用率。通过结合两种不同相的GeS单层构成异质结体系,可以获得比单个组分更小的带隙。同时电子的直接跃迁所需的能量接近于异质结的间接带隙,从而可以实现复合体系光吸收向可见光范围拓展,提高材料的太阳能利用率。（2）利用单层GeS的内部电场促进光催化反应进行。不同相的GeS单层中分别存在垂直和平行于单层面的内部电场,两个电场的结合能够促进光生电子和空穴转移至不同层的表面活性位点,从而减小电子空穴的复合几率,提高异质结材料的光催化量子效率。（3）异质结的构建改进了单层GeS中存在的不足之处。两种不同相的GeS单层形成异质结后,有效改善了之前单层GeS所存在的氧化能力不足的问题。使得转移至不同层的光生电子和空穴分别获得了增强的氧化和还原能力,可以实现光催化水的完全分解。（4）对单层GeS材料施加双轴反向应力改善了单层GeS的性质,提高光催化效率。考虑到在实验中会出现施加双轴反向应力的情况,对GeS单层施加双轴反向应力后GeS单层材料的性质发生改变。相比于两轴同时施加拉伸或同时压缩应力,在两轴方向分别施加拉伸和压缩应力后的体系的能量更低,因此更加稳定。此外,在这种应力作用下,GeS单层的带隙略有减小,且带边位置有所调整,相对于之前原始的单层GeS材料更加适用于催化反应的进行。