材料设计是指通过理论与计算预报新材料组分、结构和性能，或者说，通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材料。目前，研究者已处在应用理论和计算来设计材料的初级阶段，如何将材料设计和新材料的探索成为日益关注和研究的焦点。本论文从无机晶体结构数据库出发，利用第一性原理计算方法在热电材料和发光材料领域预测和探索了多种新的材料，并对部分材料进行合成与性能测试，验证了我们方法的合理性和可行性。　　 首先，利用模块构建方法预测了三种ZrSiCuAs型层状化合物：BaFCdSb、BaFMnSb和LaOZnSb，包括BaFMnSb的磁结构。并且采用固相反应合成了BaFCdSb和LaOZnSb，证实了它们的存在。能带和电子能态密度表明BaFCdSb和LaOZnSb为窄带隙半导体，BaFMnSb为半金属，其价键构建规则符合Zintl概念，而且它们都可能是潜在的热电材料。　　 由于容易形成窄带隙半导体和具备较低的品格热导率，Zintl相成为热电材料的候选目标。通过分析数据库大量的晶体结构数据和第一性原理计算电子结构，再结合优良热电材料的选择准则，我们在三元Zintl相化合物RxTySz(R为Ba， Yb和Eu； T为过渡金属；S为半金属)中挑选了若干具有潜在应用价值的热电材料，并成功制备了BaZn2Sb2、YbCd2Sb2和EuZn2Sb2多晶材料，详细探讨了这些化合物的热、电、磁等物理性能。研究结果表明：它们的ZT值在700K左右分别达到0.3、1.0和0.5，为优良的热电材料。我们还进一步研究了固溶体YbCdxZn2-xSb2(x=0，0.4，0.8，1，1.2，1.6，2)的热电性能，发现对Cd位进行Zn替换可以很容易调节材料的载流子浓度，降低晶格热导率，最终进一步提高材料的ZT值。　　 硼酸盐和磷酸盐化合物由于结构的丰富多样，且有较高的化学稳定性、较宽的带隙，它们在在发光材料领域有着广泛的应用。我们利用第一性原理方法计算了几种典型的硼/磷酸盐发光材料基质LuBO3、YPO4、YBa3B9O18和KYP2O7的电子结构，结果表明阴离子基团和稀土离子决定了这些化合物的带边电子结构，碱土(或碱金属)主要是起到改变稀土和氧的配位关系以及硼/磷阴离子基团连接方式的作用。这点解释了这些发光体系在真空紫外波段本征激发的来源，而且还为我们一步探索优良的硼/磷酸盐发光基质提供了理论指导。　　 最后，我们发现一种长链胺磷酸盐[CnH2n+INH3][H2PO4]系列化合物的奇异发光现象：在254nm和365nm紫外灯下发明亮的白光，并有长达数分钟的余辉仍被观测到。电子结构计算证明，这类化合物的本征激发主要由磷氧基团决定，与碳链长度无关。结合实验光谱分析，可见/紫外波段的激发和发射应归结为化合物中氢缺陷的形成的非本征能级引起的电子跃迁，同时也导致了长余辉现象的产生。