二维材料因其独特的物理化学性质在电子、信息和能源等领域受到了研究人员的广泛关注。从石墨烯到MoS2,再到Bi2Se3和MnBi2Te4,二维范德瓦尔斯单层材料呈现出多组元组成和多原子层结构的发展趋势。多组元多原子层二维材料是不同原子层和不同结构单元的组合,为不同物理性质的耦合和新奇物理性质的设计提供了平台。例如,将铁磁性的MnTe层插入到拓扑绝缘体Bi2Te3中可以得到新的二维材料——MnBi2Te4。MnBi2Te4既具有MnTe层的磁性又具有Bi2Te3的拓扑性,展现出了层数依赖的磁性与拓扑性耦合的特性,导致了量子反常霍尔效应和轴子绝缘体等奇特性质的出现。目前,多组元多原子层二维材料已经在磁性拓扑、高温量子反常霍尔效应、负压电等方面展现出了优异性能,为二维材料的发展注入了新的动力。但需要指出的是,更多的组元和原子层必然会导致复杂的相结构,这为其理论设计和实验生长带来了困难。目前,已知的二维材料绝大多数是从三维层状材料中剥离出来的,而三维层状材料只占三维材料的极小一部分。因此,设计和发现没有已知三维层状材料所对应的新型二维材料将极大地拓展二维材料的种类,并且为探索具有奇异物理与化学性质的二维材料及应用提供了巨大的机会。本论文中,结合第一性原理计算、模型和实验结果,提出了强键合插层构筑方法,设计了没有已知三维层状材料对应的、电七个原子层组成的二维MA2Z4材料家族,并在此基础上研究了更多原子层组成的二维MA2Z4（MZ）n材料体系,而且在具有34个总价电子数的二维MA2Z4材料家族中发现了二维阻塞原子绝缘体家族。取得的主要成果如下:精确解析了七个原子层组成的二维材料MoSi2N4的晶体结构。基于该晶体结构进一步预测了十二种稳定的二维材料,并表明它们具有半导体性、金属性、磁性半金属等丰富物性,因此提出了二维MA2Z4材料家族。进一步,为了设计更多的二维MA2Z4材料,我们提出了强键合插层构筑的设计方法。通过第一性原理计算,不仅重现了实验上已经合成的MoSi2N4和MnBi2Te4两种材料,还预测了另外72种热力学和动力学稳定的二维MA2Z4材料。分析表明,具有32和34个总价电子数的二维MA2Z4材料主要是半导体;而具有33个总价电子数的二维MA2Z4材料是非磁性金属或铁磁半导体。在预测的二维材料中,SrGa2Te4是拓扑绝缘体,并发现其拓扑性不因交换关联泛函改变而改变;VSi2P4是铁磁半导体材料,其理论居里温度为90 K;TaSi2N4是Ⅰ型伊辛超导体材料,它在压应变为3%时超导转变温度可达12 K;以及WSi2P4是具有自旋谷特性的半导体,其带隙类型不随层厚而改变。强键合插层构筑方法的强化学键耦合使得二维MA2Z4材料的物理化学性质得到了极大的重构并增强了结构稳定性,这不仅为产生更多新奇物性提供了平台,也为新型多组元多原子层二维材料的设计提供了思路。在强键合插层构筑策略的基础上,我们进一步探索获得更多原子层的插层稳定结构的可能性以及由此带来的奇特物性。基于此,计算揭示实验合成的二维MoSi2N4（MoN）4m（m为正整数）材料的独特晶体堆垛顺序的根源在于多层二维MoSi2N4材料的模板效应。计算表明MoSi2N4（MoN）4具有超导性,其超导转变温度为9.4 K;而去除其表面SiN层后得到的二维Mo5N6材料显示出19.9K的超导转变温度。这表明表面SiN层对其性质有很大的影响。计算发现随着厚度的增加,覆盖表面SiN层的MoSi2N4（MoN）n（n=0、1、2、3、4）的杨氏模量变化很小,而去除表面SiN层的Mon+1Nn+2的杨氏模量则随着其厚度的增加先快速增加,然后接近于其体相MoN的杨氏模量值。针对具有34个总价电子数的二维MA2Z4半导体材料,我们发现其能带结构中出了现典型的能带反转特征,但其镜面陈数为零,表明其为拓扑平庸的绝缘体,而不是期望中的拓扑绝缘体。基于拓扑量子化学方法,这类材料被确定为一种典型的阻塞原子绝缘体。虽然它是拓扑平庸的,但是它具有金属性边缘态,该边缘态的出现是由于其晶体中无原子占据的Wyckoff位点存在电荷占据。计算揭示具有34个总价电子数的二维MA2Z4半导体都是二维阻塞原子绝缘体。通过对二维MoSi2N4单层的电子结构、边缘态和角态的分析,发现切过没有原子占据而存在局域电荷占据的Wyckoff位点的边缘会有金属性,而在C3对称性的MoSi2N4的六边形纳米盘中还发现零能的角态,这种角态与二维二阶拓扑绝缘体中的零能角态非常类似。