1、納米材料就是材料在三維空間的幾何尺寸至少有一維介于0.1 nm-100nm之間。由于尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，納米材料常常表現(xiàn)出一些獨特、優(yōu)異的性能，因此在諸多領(lǐng)域都獲得了蓬勃的發(fā)展?？v觀人類的生活和生產(chǎn)，納米材料的應(yīng)用遍及物理、化學(xué)、材料等多個領(lǐng)域，典型的有納米半導(dǎo)體材料、納米磁性材料、納米傳感器、納米催化、醫(yī)療、環(huán)境、能源以及機械工業(yè)等。納米科技成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的重要推動力之一。
　　低維納米材料是納米材料中維數(shù)小于三

2、的一類材料，其中包括二維、一維、以及零維材料。由于尺寸在某一或某幾個維度的受限，體系的量子效應(yīng)更加明顯，所以低維納米材料經(jīng)常存在一些奇特的物理現(xiàn)象，例如二維自由電子氣。此外，低維納米材料通常結(jié)構(gòu)明確、性能可調(diào)，所以它們有望成為未來能源與信息技術(shù)的重要載體，尤其是在能量轉(zhuǎn)換、自旋電子器件方面。對低維納米材料的性能調(diào)控也成為目前納米科技領(lǐng)域的重要方向之一。
　　近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實驗手段的進(jìn)步，實驗上對低維納米材料的研究取得

3、了許多突破性的進(jìn)展。但是，由于低維納米材料的結(jié)構(gòu)和性能極大的依賴于體系中量子態(tài)的耦合以及體系對外場的響應(yīng)，所以，精確地制備、表征低維納米材料依然是實驗上需要面對的巨大挑戰(zhàn)，而且需投入的成本也非常高。計算機的發(fā)展讓計算模擬成為材料科學(xué)領(lǐng)域新型的研究手段之一。它的優(yōu)點是可以準(zhǔn)確地分析和預(yù)測材料的結(jié)構(gòu)和性能，為實驗提供重要的參考信息，從而大大提高研究效率、降低研究成本。我們的工作就是基于第一性原理計算研究低維納米材料的性能調(diào)控。論文共有四個章

4、節(jié)，主要分為兩個部分。第一部分是關(guān)于理論方法的介紹;第二部分是關(guān)于低維納米材料的性能調(diào)控，包括缺陷、應(yīng)力和化學(xué)修飾對材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。
　　第一章主要介紹了計算模擬的理論背景。首先，我們介紹了量子化學(xué)的理論基礎(chǔ)，即量子化學(xué)中的基本近似（Bom-Oppenheimer近似、單電子近似）和Hatree-Fock方程。然后，我們介紹了密度泛函理論的理論框架和發(fā)展應(yīng)用。其中包括Thomas-Fermi-Dirac模型、Hohenber

5、g-Kohn定理、Kohn-Sham方程、交換關(guān)聯(lián)能量泛函、以及第一性原理計算中常用的計算軟件。最后，我們介紹了NEB(NudgedElastic Band Method)方法，用于搜索化學(xué)反應(yīng)或者相變過程中的最小能量路徑以及過渡態(tài)。
　　第二章主要介紹缺陷對低維納米材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。缺陷在材料的形成和制備過程中是不可避免的，它們的存在常常對材料的性質(zhì)會產(chǎn)生重要的影響，包括機械性能，熱學(xué)性能，電學(xué)性能，光學(xué)性能和磁學(xué)性能等。從

6、原子層次認(rèn)識、研究、以及控制缺陷的形成和發(fā)展已經(jīng)成為材料科學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一。本章基于第一性原理計算研究了低維納米材料中的缺陷及其影響。首先，以石墨烯中的缺陷為例，我們介紹了二維納米材料中的缺陷類型，包括點缺陷和線缺陷。然后，基于氮化硼納米薄膜在Ni(111)表面生長的情況，研究了六角氮化硼納米材料中線缺陷的種類和線缺陷對材料基礎(chǔ)性質(zhì)的影響。最后，基于理論計算我們介紹了單層磷烯納米材料中點缺陷的各向異性的遷移行為以及磷稀中的線缺陷。<

7、br>　　第三章主要介紹了應(yīng)力對低維納米材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。應(yīng)力是調(diào)控材料結(jié)構(gòu)和性能的重要手段之一。我們基于第一性原理計算，研究了應(yīng)力對二硫化釩(VS2)二維層狀材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響，并且解釋了實驗中觀測到的高壓環(huán)境下VS2二維層狀材料電子結(jié)構(gòu)的變化。在考慮應(yīng)力對VS2二維層狀材料的影響的時候，我們分別討論了平行于VS2層狀材料平面的應(yīng)力以及垂直于VS2層狀材料平面的應(yīng)力。
　　第四章主要介紹了化學(xué)修飾對低維納米材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

8、的影響。本章包括兩個工作。在第一個工作中，我們研究了低濃度氫化對g-C3N4層狀材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，并且與實驗相結(jié)合證明了氫化后的g-C3N4層狀材料表現(xiàn)出良好的室溫下的鐵磁性。在第二個工作中，我們研究了氨化二硫化鎢(WS2)層狀納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。首先，我們確定了NH3分子可以轉(zhuǎn)化為N4+離子存在于WS2層狀材料的骨架中，與WS2層狀材料形成離子型插層化合物。然后，我們詳細(xì)地討論了WS2層狀材料的各種相結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了Trimer相和