量子材料因呈现出奇异的量子行为和独特的功能特性而成为目前凝聚态物理中非常重要的前沿领域。探索二维量子材料的结构和功能,并对电子关联态进行系统地研究是一个热点课题。本文采用第一性原理计算,选取三个具备鲜明层状结构的量子材料,对其二维构型相关的电子结构和电子关联效应所引起的物理特性进行了研究。主要内容及结果概括如下:一、FeSe薄膜材料的超导电性对层数（一层到五层）的依赖性研究。单层FeSe薄膜曾被认为是超导转变温度最高的铁基超导体,其超导配对机制一直存有争议。我们假设电子关联态引起的自旋涨落对于FeSe薄膜材料中超导配对机制起主导作用,通过密度泛函理论获得体系的反铁磁基态电子结构,借助基于赫伯德模型的自旋涨落理论推导得来的自旋涨落配对哈密顿量,所计算的超导转变温度为随着薄膜厚度的增加而逐渐降低,单层、五层和块体分别对应的转变温度为40 K、20K和8K,很好的吻合了实验结果,说明反铁磁自旋涨落机制是解释材料中高超导转变温度的一个合理备选方案。二、单层WSe2中的明暗激子及激发态的研究。单层WSe2为直接带隙半导体,在自旋轨道耦合的作用下,价带顶与导带底分别发生了 500meV和38 meV的劈裂,且电子具有谷极化特征。单层WSe2的光学性质主要受谷内和谷间明暗激子的控制。我们采用含时密度泛函理论,讨论了谷内和谷间明暗激子的性质和激发态的杂化,阐明了电子间的交换作用是引起谷内谷间暗激子结合能差异的主要原因。同时,利用电子-声子散射理论,估算了激子的寿命,揭示了二维极限下电子关联效应对材料性能的影响。三、过渡族金属元素W和Mo共掺杂对BiVO4能带结构和性质的影响。本文采用了 DFT+U的方法,研究了过渡族金属元素W和Mo的共掺杂,以及不同W/Mo掺杂比例对BiVO4电子性质的影响,发现高浓度共掺杂所引起的电子关联态对BiVO4光催化性能的提升有积极的作用。此结果有助于我们进一步探讨相关二维表面的光催化性质。四、研究了 BiVO4不同晶相中低指数表面与光催化活性的关系,并给出具有相似能带结构的不同晶格BiVO4中光催化性能差异化表现的原因。BiVO4在催化方面可用的晶格结构分别为单斜晶系和正交晶系。两者具有相似的电子结构,却表现出不同的光催化性能。采用DFT+U的方法,本文计算了 BiVO4不同晶格结构中低指数表面的几何构型和电子结构。便于区分,文中构建的单斜晶相的二维表面表示为（001）,（011）和（101）,相对应四方结构的表面为{001},{011}和{101}。研究发现（011）表面与{011}表面的构型完全不一致,这导致了其完全不同的电子关联态。具体来说,{011}表面的能带出现了由表面孤立的氧原子引起的带隙中间态,导致了其光催化性能低于其他五个表面。（001）和{001}拥有相似的几何结构、电子性质以及光催化活性;（101）和{101}也具有相似的性质。此结果给出了不同晶相BiVO4中二维表面结构与电子关联态及光催化性质的关系。