2004年,曼彻斯特大学的Geim小组通过机械剥离法从高取向的裂解石墨中获得了石墨烯。自此之后,以石墨烯为代表的二维材料由于其多样的理化性质,以及在器件、传感、催化、医药和能源等领域的广泛应用前景而倍受关注。但是随着人们对于材料性能多样化需求的不断加强,单一的二维材料逐渐不能满足人们的需求。范德瓦尔斯异质结通过将不同二维材料利用范德华力垂直堆叠组装,达到了一加一大于二的效果,为新型二维材料的研究开拓了新的方向。本论文利用第一性原理计算方法结合从头算分子动力学等模拟手段。对二维单层石墨烯、石墨炔、锑烯以及基于这三种二维材料所构建的石墨烯/锑烯异质结与石墨炔/锑烯异质结的晶体结构、电化学与力学性能进行了系统性地理论研究。并在此基础上对这两种二维异质结作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行对比研究,主要工作和内容如下:(1)利用第一性原理计算的方法,对所构建的石墨烯/锑烯异质结与石墨炔/锑烯异质结的电-力学性能进行了计算。电子态密度的计算结果表明,锑烯与石墨烯及石墨炔两种碳基载体异质后,两种异质结均呈现金属性,导电性能得到改善。力学性能研究表明,锑烯在与两种异质结组成异质结之后,力学性能均有一定提升。应变下异质结的能带结构的计算结果表明,石墨烯/锑烯异质结在刚开始施加应变时带隙被打开,随着应变的增加带隙逐渐变小,应变达到15%时重新变回零带隙。石墨炔/锑烯异质结在应变下能带变化不明显。分子动力学模拟结果表明,在300 K和500 K温度下,模拟10 ps后,两种异质结的晶体结构无明显变形,且未发生化学键断裂的情况,说明两种异质结在常温下和高温下均具有良好的热力学稳定性。(2)对材料储锂性能计算表明,锂在两种异质结中均能稳定吸附,相比其在异质结表层的吸咐能,锂在异质结层间吸附能更高,说明嵌锂过程中,锂离子更加倾向于吸附在异质结的层间。而对于锂在异质结上的扩散行为的计算表明,锂在锑烯上有着最低的扩散能垒,表明其具有较高的扩散速率。同时锂在异质结层间的扩散能垒比其在异质结外侧表面的扩散能垒要低,说明通过构建异质结提升了电极的倍率性能。