近年来,二维半导体材料逐渐成为了材料研究的热门之一。MXene二维材料因其具有大的比表面积、良好的亲水性、优异的导电性和力学性能引起了众多科研工作者的研究兴趣。MXene二维材料在储能、电磁屏蔽材料、生物传感器等领域有着广泛的应用。Hf2CO2是一种具有O官能团的MXene二维材料,呈现半导体特性,并且具有较高的载流子迁移率。Hf2CO2具有较高的导热系数,较低的热膨胀系数,是一种理想的半导体器件材料。本文利用第一性原理计算方法,研究了施加应变和引入空位对Hf2CO2性能的影响;还通过研究Hf2CO2对NH3分子和SO2分子的吸附来探索Hf2CO2在气体传感器领域的应用。获得的创新性成果如下:1.研究了应变对Hf2CO2材料电子特性的影响。发现施加应变之后,Hf2CO2的电子性质发生了变化。当施加的双轴/单轴压缩应变足够大时,Hf2CO2的电子结构会变成金属。在施加了合适的双轴拉伸应变之后,Hf2CO2由间接半导体转变为直接半导体。同时,施加应变会对Hf2CO2的电荷分布和光学性质产生一定的影响。2.研究了引入空位对Hf2CO2材料性能的影响。在单层Hf2CO2结构中引入Hf空位和C空位后,单层Hf2CO2由半导体转变为金属;引入O空位使材料的带隙减小,但仍保持半导体特性。同时,引入空位缺陷后,Hf2CO2的能带结构中出现了缺陷能级。3.研究了Hf2CO2对NH3分子的吸附。分别将NH3分子吸附在完美的和有空位的Hf2CO2结构上方。对于完美的Hf2CO2结构,NH3分子置于合适的吸附位置时可以被有效的吸附。而且对吸附体系施加应变可以影响其吸附强度,还能实现NH3分子的解吸附。对于有空位的Hf2CO2结构,C空位Hf2CO2结构可以作为可重复使用的NH3气体传感器。4.研究了Hf2CO2对SO2分子的吸附。发现完美的Hf2CO2不能有效的吸附SO2气体分子。但是在Hf2CO2吸附SO2气体分子之前先预吸附H2O分子可以实现Hf2CO2对SO2分子的吸附。进一步研究表明共吸附体系的恢复时间很短,这说明通过预吸附H2O分子,单层Hf2CO2可以作为可重复使用的SO2气体传感器。