研究表明,汽车通过排气管将40%的燃料燃烧的废热排放到自然环境中。2014年,仅中国民用汽车数量就达到了 1.46亿辆,排放余热总量相当于1.2亿吨燃料燃烧所释放的能量,约占中国全年燃料消耗量的25%。由此可知,人类能源的浪费主要是以废热的形式损耗了,从而导致社会能源危机、环境污染、气候变化等问题日益突出。因此,余热的回收利用对中国乃至世界的节能减排都具有重要意义,发展绿色可再生能源势在必行。许多科研工作者已经在积极研究开发清洁能源,例如风能,水能以及太阳能等新能源。这已经成为科研圈的一种研究新风向,但是有一个难题却一直横亘在众多研究者面前,即如何提高能源的利用率,尽可能的减少能量损失。目前有一种能够实现热电转换的材料,即热电材料。它是一种不需任何外力即可将热能与电能相互转换的绿色能源材料。人们可利用生产生活中的废热发电或在施加偏压条件下实现热量的精准输运,这将广泛应用于温差电池供电、微系统芯片控温制冷等领域。本论文的研究内容主要包括两个方面。首先,我们采用非平衡格林函数与第一性原理相结合的方法研究了 A,C,T,G碱基调制的锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR-A,ZGNR-C,ZGNR-T,ZGNR-G)的热电性质以及在热电方面的应用。研究结果表明,在 3-ZGNR-i 中,I3-ZGNR>I3-ZGNR-A>I3-ZGNR-C>I3-ZGNR-T>I3-ZGNR-G;而当偏压>0.6V 时,4-ZGNR-i(i=A,C,T)的电流值明显大于理想4-ZGNR的电流值。与电子输运性质不同的是,所有DNA碱基调制的ZGNRs的声子散射强度明显增强,从而导致热导率降低。由于热导率的降低以及电子透射的剧烈波动,DNA碱基调制的ZGNRs的热电品质因数ZT值显著提高。这些研究结果可能在新一代电子电路中具有很大的潜在应用价值,例如设计开关,存储器和热电装置。其次,我们采用非平衡格林函数与第一性原理相结合的方法研究了边态氧化调制的石墨烯纳米带的热电性质。主要计算分析了 ZGNR-O和ZGNR-OH的热输运与电输运性质。研究结果表明,由于散射区的影响,ZGNR-O和ZGNR-OH的热输运受到了明显的抑制,其透射几率随着ZGNRs边缘羟基和环氧基数目与位置的变化而变化。ZGNR-O和ZGNR-OH处于正能量区域的电子输运几乎不受的影响,ZGNR-O在负能量区域的电子透射发生剧烈波动并出现了复杂的峰谷结构,从而导致塞贝克系数增大。研究结果证实,环氧基(-O-)与ZGNR的共价耦合可以明显改善GNRs的热电性能指数ZT值,但羟基(-OH-)与ZGNR共价耦合不能明显改善其热电性能。