纳米发电机使得纳米器件的能量供给系统与工作系统同时都达到了纳米量级,有望解决纳米技术中能源供应这一重大难题。目前所设计的纳米发电机发电能量大多由外界能量获取,因此其性能受周围环境影响。由此可见,设计出一种新型的,自供能量且易于调控的纳米发电机有着重要的基础科学意义和工程应用前景。本论文主要利用包含范德华力修正的第一性原理计算方法,系统研究了以二维黑磷(α-P)为基底的新型纳米发电机。该发电机通过构建有机分子-二维材料功能界面,将体系的吸附能转变为电能,从而实现了纳米尺度的发电功能。更重要的是,通过改变分子浓度、分子吸附能、分子电荷转移量和振动频率,实现了对纳米发电机的输出功率和输出电流的有效调控。本论文得到的主要结论如下:(1)利用第一性原理密度泛函理论,系统研究了不同应变类型对有机分子在α-P表面吸附行为的影响。结果表明,压应变可增加有机分子在α-P表面的吸附能和电荷转移量,提高了纳米发电机的输出功率和输出电流。与之相反,拉应变对α-P表面吸附行为影响很小。同时,对α-P的X方向施加压应变能显著提高吸附体系的吸附能,对α-P的XY方向施加压应变能显著提高吸附体系的电荷转移量。特别是,当基底α-P的X方向受到9%的压应变时,纳米发电机的输出功率提高了 27.83%;而当基底α-P的XY方向受到7%的压应变时,纳米发电机输出电流提高了 22.11%,从而显著地提升了纳米发电机的输出性能。(2)构建了由α-P,β-P,γ-P和δ-P四种二维磷材料组合的异质结,发现Π-P/α-P和δ-P/γ-P异质结是直接带隙性质的半导体,符合做发光二极管材料的条件。通过分别研究异质结不同吸附表面和吸附构型对有机分子吸附行为的影响,发现异质结中不同的吸附表面由于表面能不同,分子吸附能和电荷转移迥异,但是相同吸附表面不同构型的异质结对有机分子吸附性能仅有微弱的影响。通过比对不同基底的纳米发电机的输出性能,发现当振动频率为130 MHz时,以δ-P/α-P异质结为基底的纳米发电机输出功率和输出电流达到最大值(分别为30.66mW和11.99mA)。