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近年来,二维电子材料的研究吸引了研究者极大的兴趣,二维材料的电子结构和性质可以通过掺杂和吸附来改变。石墨炔作为一种新型的二维（2D）碳的同素异形体,它是由若干个炔键将苯环共轭连接而形成的具有二维平面网状结构的全碳分子,其结构中各个炔键单元的高活性使其在掺杂以及小分子吸附方面相比于石墨烯更具有优势。并且,随着研究的深入,石墨炔在电子、环境、催化、能源等众多领域显示出了更多优越的性质和功能。α-石墨炔作为石墨炔家族中重要的组成部分,由于它具有与石墨烯类似的电子结构和性质:在费米能级附近表现出了明显的半金属性,具有优异的电子以及光学性质,并且还具有对石墨烯已知的不具备的高活性的炔键单元,因此引起广大研究者的兴趣。但是,目前据我们所知,有很少数的文献报道过有关于单层α-石墨炔中掺杂以及小分子吸附的磁性和电子结构。在本文中,我们通过使用了以密度泛函理论（DFT）为基础的第一性原理计算的方法,以单层α-石墨炔为研究对象,系统性地研究了在单层α-石墨炔中N、O、P掺杂以及对吸附H、O、OH和H2O的电子性质和磁性的影响,本文研究所得的主要结论如下所示:（1）H2O,H,O和OH在单层α-石墨炔表面吸附的电子性质和磁性。主要研究了在无缺陷的单层α-石墨炔的sp杂化的C原子顶位吸附H2O,H,O和OH的相互作用。实验研究结果表明,吸附后,H2O分子与衬底表面键合作用较弱,H2O吸附主要为范德瓦耳斯相互作用。H和OH吸附后体系出现磁性,而O原子和H2O分子的吸附体系均未显示磁矩。并且,各个吸附体系相比,O原子吸附体系的吸附能最低,而H2O分子吸附体系的吸附能最高,说明α-石墨炔最容易吸附O原子,而H2O分子最不易吸附。吸附后,与H原子、OH和H2O分子吸附体系相比,O原子与衬底间的电荷转移数目最多,表明O原子最易于衬底发生相互作用。另外,H、O原子和OH吸附后体系在费米能级附近均出现杂质态,而H2O分子吸附后没有观察到杂质态出现。我们的研究将为α-石墨炔基气体传感器的设计研究提供有利的理论依据。（2）2p原子（N、O）掺杂对单层α-石墨炔表面吸附H2O,H,O和OH的电子性质和磁性的影响。我们研究了H2O和H、O及OH分别在原始的和掺杂了N原子以及O原子的α-石墨炔上的相互作用。研究结果显示,N、O原子掺杂和小分子吸附能够改变单层α-石墨炔的电子结构和磁性,而且N、O原子替代掺杂在单层α-石墨炔中sp杂化的碳原子位置结构最稳定,另外,N、O原子掺杂后α-石墨炔对小分子的吸附能力明显增强。H、O原子和OH吸附在N、O原子掺杂体系前后表现出明显的磁性差异:H原子和OH吸附在纯净的α-石墨炔上体系显示磁性,N原子掺杂后,磁性消失,而O原子掺杂后,H原子吸附体系仍表现出磁性,但OH吸附体系的磁性消失;然而O原子则是吸附在纯净的α-石墨炔上未表现出磁性,N原子掺杂后,体系出现磁性,但O原子掺杂并未改变O吸附体系的磁性。此外,α-石墨炔对水分子的吸附作用较弱,受范德瓦耳斯作用影响较大,属于物理吸附。本研究将为α-石墨炔中N、O杂质检测以及α-石墨炔基气体传感器的设计研究提供新的思路。（3）3p原子（P）掺杂对单层α-石墨炔吸附小分子的电子结构的影响。我们主要研究了P原子掺杂对H、O、OH和H2O在单层α-石墨炔表面吸附的电子性质的影响,我们的研究结果表明,P原子掺杂在单层α-石墨炔中sp杂化的碳原子位置结构最稳定,并且,P原子掺杂能够改变H、O、OH和H2O在单层α-石墨炔表面吸附的电子结构和磁性。P原子掺杂前后α-石墨炔对O原子的吸附性能总是比H原子、OH和H2O分子的吸附性能好,而且,P原子掺杂增强了α-石墨炔对H2O、H、O和OH的吸附性能。H、O原子和OH吸附在P原子掺杂体系前后表现出明显的磁性差异:H原子和OH吸附在纯净的α-石墨炔上体系显示磁性,P原子掺杂后,磁性消失;而O原子则是吸附在纯净的α-石墨炔上未表现出磁性,P原子掺杂后,体系出现磁性。此外,根据吸附前后电子结构和磁性的变化,H、O和OH吸附可以用来判断在单层α-石墨炔中是否引入P原子杂质。我们的研究加深了对α-石墨炔表面P掺杂和吸附H,O,OH和H2O性质的了解,为其在其他3p原子掺杂和吸附方面的进一步研究打下基础。