随着工业化水平的不断提高,空气污染严重威胁着生态环境和公共健康,亟需研发出灵敏高效的气体传感器以加强对空气污染物的监测。新型二维材料——磷烯具有多种同素异形体,它们有着极大的比表面积、高结构稳定性和高载流子迁移率等优异的机械、物理和化学性质,为空气污染物的探测带来了新的契机。本论文以Hittorf紫磷烯、纤维红磷烯和绿磷烯为研究对象,使用第一性原理（first-principles）的方法系统地探究了其对常见空气污染物的吸附能力和传感机制,以及外场对其气敏特性的调控。本论文的研究工作主要分为3个部分,概述如下:在对Hittorf紫磷烯的气敏特性研究中,发现具有缺电子结构的NO、NO2、O3和SO2分子接受来自磷sp~3杂化轨道的孤对电子,并以弱化学吸附的形式结合在Hittorf紫磷烯表面。通过改变环境温度,实现了SO2分子在Hittorf紫磷烯表面的吸附-脱附循环。而有机分子苯并[α]芘（BaP）通过p-π共轭作用与Hittorf紫磷烯稳定结合,并导致吸附前后电子结构和功函数的显著变化。此外,Hittorf紫磷烯层数的增加并不对其气敏特性产生影响,有利于实际应用。在对纤维红磷烯的气敏特性研究中,发现无机分子NO、NO2、O3和SO2的吸附使得纤维红磷烯的局部电子浓度降低。向体系施加单轴应变后,发现O3在纤维红磷烯表面解离,释放出O2。NO2和SO2吸附体系对应变的响应很小,可忽略不计。而NO分子与纤维红磷烯之间的亲和力和敏感度在单轴拉伸应变的作用下显著增强。此外,含有离域π电子的BaP通过p-π共轭作用稳定地吸附在纤维红磷烯表面,4%双轴压缩应变的施加显著促进BaP的吸附,而4%双轴压缩应变有利于实现纤维红磷烯的无损再生。在对绿磷烯的气敏特性研究中,发现绿磷烯与NO、NO2和O3之间通过弱化学吸附的形式结合。向体系施加双轴压缩应变可以促进绿磷烯对NO、NO2和O3分子的传感能力。而双轴拉伸应变一方面阻碍了氮氧化物在绿磷烯表面的吸附,另一方面会导致O3的解离。同时,O3吸附体系还受到垂直方向电场的调节,从无穷远处指向吸附表面的电场有利于绿磷烯对O3分子的传感,而与之反平行的电场不利于O3的吸附。此外,有机分子的吸附对绿磷烯体系电子结构的影响可忽略不计,这不利于绿磷烯对挥发性有机物进行探测。