二维（2D）材料因为具有层状晶体结构、极端量子限制效应和独特物理化学性质,受到科研工作者的广泛关注。目前,已经探索出二维材料在光催化、光储能、自旋电子学等领域的应用。g-C₃N₄、第Ⅲ主族硫属化合物以及石墨烯（graphene）都是典型的二维材料,本论文利用第一性原理,以g-C₃N₄现有的研究背景为基础,构造相关二维材料异质结,探索材料的电子输运、光学响应和光催化性质。本文利用不同KNbO₃表面与g-C₃N₄构造异质结并分析复合材料的能带结构和电子转移过程,复合后材料的光吸收出现明显红移,吸收带边向可见光区域移动,其中KNbO₃的KO表面与g-C₃N₄构成的KO/g-CN异质结是明显的Ⅱ型异质结,使得光生的电子和空穴有效分离,并且系统地对文献报道的实验结果和KNbO₃/g-C₃N₄复合材料的光催化过程做出解释。本文还对第Ⅲ主族硫属化合物单层材料进行理论预测,对GaX（X=S,Se）/g-C₃N₄垂直异质结的光催化性能和机理进行了较为深入的研究。当单层GaS、GaSe的S或Se原子对应g-C₃N₄的环状中心位置时,所构造的GaX/g-C₃N₄异质结的结构最稳定。利用电场和应力对异质结构的性质进行调制并比较GaS/g-C₃N₄和GaSe/g-C₃N₄复合材料性质的异同。最后,在理论层面研究了GaSSe的性质,将其与石墨烯复合,讨论了GaSSe/graphene异质结构的电子结构和界面接触。GaSSe与石墨烯接触后,可在狄拉克点（Dirac Point）处有效打开石墨烯带隙,且狄拉克锥保持良好。对异质结构施加适当垂直压力与电场,接触界面可实现p型和n型肖特基接触之间的转化,甚至是肖特基接触向欧姆接触的转变。随着双轴拉伸、压缩应力的增大,光吸收极值点呈现出向右下方和左上方移动的趋势。这些发现预测了复合材料在下一代光电子器件中的巨大潜力,对纳米电子器件的设计具有重要意义。