本文主要工作在于寻找和探究一种基于石墨烯的具有稳定构型以及高催化活性的异质结光催化剂复合材料。通过第一性原理计算分别对二硫化钼/石墨烯、墨相氮化碳/石墨烯和磷酸铋(200)/石墨烯这三种异质结材料的结构和性质进行了探究,并得到了可供参考的结论。采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用以及其对电荷分布和带边电位的影响。研究表明二硫化钼与石墨烯之间可以形成范德华力结合的稳定堆叠结构。通过能带结构计算,发现二硫化钼与石墨烯的耦合导致二硫化钼成为n型半导体,石墨烯转变成小带隙的p型体系。并通过电子密度差分图证实了界面内形成的内建电场可以抑制光生电子-空穴对的复合。石墨烯的引入可以调制二硫化钼的能带,使其导带底电位上移至-0.31 eV,提高了光生电子还原能力,有利于光催化还原反应。采用密度泛函理论研究了墨相氮化碳与石墨烯片层间的π-π堆叠作用,这种作用力改变了墨相氮化碳的光电化学性。计算出的墨相氮化碳/石墨烯异质结的能带结构和功函数表明,这两种材料复合有利于光生载流子的分离,同时也能降低墨相氮化碳价带顶的电位以提高光生空穴的氧化能力。异质结层间的非均匀现场能和带边调整是由石墨烯引起的层间电荷重新分布所导致的。同时,在墨相氮化碳/石墨烯异质结界面上发生的氧原子初始动态反应过程也证实了石墨烯在界面化学反应过程中所起到的重要作用。采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了四层磷酸铋(200)/石墨烯异质结的界面结合作用及其对电荷分布和带边电位的影响。结果表明,磷酸铋(200)和石墨烯接触后可以形成稳定的范德瓦尔斯异质结构。通过能带结构计算,发现磷酸铋(200)与石墨烯的耦合导致磷酸铋成为n型半导体,石墨烯转变成小带隙的p型体系。并通过电子密度差分图和态密度计算证实了界面内形成的内建电场可以抑制光生电子-空穴对的复合。石墨烯的引入不仅降低了磷酸铋(200)的带隙,还使其导带底电位上移至-1.84 eV,提高了光生电子还原能力,有利于光催化还原反应。