自2004年物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功制备出石墨烯后,石墨烯便迅速成为全球许多科学界人士的关注和研究对象。石墨烯不但具有独特的几何结构,而且具有优秀的电热传导性、高比表面积、高强度的机械特质等应用性质。因此,石墨烯被认为是具有巨大应用潜能的新型材料之一。石墨稀在太阳能电池技术、纳电子器件、气敏传感器、基因电子测序技术、场效应晶体管、自旋电子学器件等领域有非常广泛的应用。石墨烯优异的二维薄膜状结构可以使其表面与被吸附物之间的相互作用最大化,而且还会引起其导电性产生显著的变化,因此以石墨烯为基底的纳米材料被广泛应用于各种类型的传感设备中。为了提高石墨烯对吸附分子以及其它电子结构的敏感性,在科学实验和理论研究中经常采用对石墨烯基底进行缺陷构造和非碳元素掺杂的方法。同时,石墨烯独特的电子性质,超高的载流子迁移率和自旋-轨道超精细相互作用使得石墨烯在自旋极化输运等方面具有广阔的应用前景。本文主要通过基于密度泛函理论的第一性原理计算的方法,借助Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）软件包,针对石墨烯在传感器和有机自旋电子学领域的应用前景,分别研究了石墨烯、掺杂石墨烯吸附三氯甲烷（CHCl₃）分子后的电子结构和掺杂过渡金属后的石墨烯吸附苯分子的自旋极化性质。主要研究内容有:（1）在实验研究的基础上理论计算了CHCl₃分子吸附在石墨烯表面时吸附距离对整个系统导电性的影响。给出了CHCl₃分子吸附在石墨烯表面时不同吸附距离下的系统的能带、总的态密度和费米能级附近的电子、空穴的有效质量。结果表明,系统的导电性会随着吸附距离的增大而增强,所得变化趋势与实验结果一致。用石墨烯对不同的分子进行吸附,吸附系统的电子结构会产生不同的变化,所以导电性的变化也会不同。因此可以根据吸附系统导电性的变化情况把石墨烯用作传感器材料去探测不同的分子。（2）研究了N和Al掺杂石墨烯吸附CHCl₃分子的电子结构。发现N掺杂石墨烯吸附CHCl₃分子后系统的电子结构并没有发生明显的变化,它们之间的吸附为相互作用较弱的物理吸附。Al掺杂石墨烯吸附CHCl₃分子后系统的电子结构发生了较大的变化,说明Al掺杂石墨烯与CHCl₃分子间的相互作用较强,Al掺杂的石墨烯可以用来作为探测CHCl₃分子的传感器材料。（3）基于第一性原理计算了苯分子吸附在掺杂Mn,Cr,Fe,Co,Ni的石墨烯表面的自旋极化性质。通过比较吸附前后苯分子的投影态密度发现,只有吸附在掺杂Mn和Cr原子的石墨烯表面的苯分子才会出现自旋极化。苯分子吸附在掺杂Mn和Cr的石墨烯表面时,通过比较苯分子与吸附层间的电荷转移、吸附能、吸附距离、差分电荷密度分布以及苯分子的自旋密度分布发现,苯分子与掺杂Mn原子的石墨烯之间的相互作用更强,掺杂Mn的石墨烯可以诱导更大的自旋极化。