二维材料结构丰富,物理化学性质优良,具备广阔应用前景。本文基于密度泛函理论第一性原理方法系统研究二维B₄N₄纳米片（monolayer B₄N₄）、二维六方磷化硼（h-BP）和四种新型单质碳硅二维材料(L_4-8-C、L_4-8-Si、L_3-12-C和L_3-12-Si)的晶体结构、结构稳定性、电子结构、光学性质及过渡金属掺杂二维B₄N₄纳米片、二维六方磷化硼对一氧化碳（CO）气体分子的吸附性质。二维B₄N₄纳米片包含由B原子和N原子组成的四元环和八元环。三维B₄N₄块体由相应的二维氮化硼纳米片通过沿c轴的弱范德瓦尔斯力连接而成。三维B₄N₄块体和二维B₄N₄纳米片具有动力学稳定性、热稳定性和机械稳定性。三维B₄N₄块体的特殊结构使其具有较大的力学各向异性。二维B₄N₄纳米片的剪切模量和层模量分别为104.06和150.24 N/m,其值与h-BN非常接近。此外,二维B₄N₄纳米片具有特殊大泊松比0.62,这是由于原子的松散排列允许其在变形期间更大收缩。三维B₄N₄块体具有5.4 eV的间接带隙,二维B₄N₄纳米片具有6.1eV的直接带隙价带顶主要源于B-2p和N-2p轨道,导带底主要源于B-2p轨道。高透过率使得二维B₄N₄纳米片在设计透明电极等新型光电器件方面具有巨大应用潜力。过渡金属原子（Fe、Ni、Cu和Mn）吸附在二维B₄N₄纳米片上形成Fe-B₄N₄,Ni-B₄N₄,Cu-B₄N₄,Mn-B₄N₄基底。由于过渡金属原子的存在,吸附后的稳定结构由无磁性转变为亚铁磁性,掺杂Fe原子后B₄N₄纳米片的变形程度最大。过渡金属原子掺杂B₄N₄纳米片更有利于CO气体分子吸附,CO分子在Fe-B₄N₄,Ni-B₄N₄,Cu-B₄N₄和Mn-B₄N₄吸附能分别为-1.708,-1.183,-0.739和-0.928 eV,远大于CO吸附在pure-B₄N₄的吸附能-0.18 eV。在四种掺杂原子中,Fe-B₄N₄吸附CO分子有最大的吸附能和最小平衡距离,说明Fe在选取的催化剂中最为合适。Fe-B₄N₄,Ni-B₄N₄,Cu-B₄N₄,Mn-B₄N₄吸附CO后结构的最稳定吸附构型仍然为亚铁磁性。二维六方磷化硼（h-BP）的结构与石墨烯和六方氮化硼类似,呈平面六角型。弹性常数的计算表明h-BP纳米片具有机械稳定性,声子谱表明h-BP动力学稳定,而分子动力学模拟表明h-BP在1000 K下具有良好热学稳定性。h-BP的杨氏模量和剪切模量分别为137.77和54.66 N/m,约为h-BN的一半。h-BP纳米片的泊松比为0.259,略大于h-BN和石墨烯的泊松比。h-BP是直接带隙半导体,带隙为1.369 eV,价带顶主要由B-2p和P-3p杂化轨道贡献,导带底同样源于B-2p和P-3p轨道。h-BP在可见光区域具有较高的吸收系数和光电导率,是性能优秀的光电材料。过渡金属原子（Fe,Ni,Cu和Mn）易吸附在h-BP中的硼空位,与相邻三个N原子共价键相互作用形成稳定吸附掺杂结构Fe-BP,Ni-BP,Cu-BP和Mn-BP。Fe原子的吸附能最大,为-6.414 eV,同时过渡金属原子的吸附还伴随着电荷转移,Fe,Ni和Mn原子失电子,而Cu原子得电子。CO气体分子能稳定地吸附在过渡金属原子掺杂的h-BP基底上,掺杂过渡金属原子的BP吸附CO分子的吸附能远大于pure-BP吸附CO分子的吸附能,同样表明掺杂过渡金属原子能更好的吸附CO气体分子。其中,Fe-BP对CO分子具有最大吸附能-1.951 eV,且Fe-BP与CO气体分子的具有最小平衡距离1.788?,说明CO在Fe-BP上的吸附最稳定。CO气体分子能在Fe-BP上发生催化氧化,将CO有毒气体转化为无毒的CO₂气体分子。新型单质碳（硅）二维结构L_4-8-C（Si）由四元环和八元环组成,L_3-12-C（Si）分别由三角形和十二元环组成,它们都含有sp²杂化键。这四种结构中C原子和Si原子的两个2s电子和其中一个2p电子形成类似sp²的杂化键。所有四种结构都是动力学稳定的,L_4-8-C（Si）和L_3-12-C具有良好的热稳定性,即使在1000 K时也能保持其晶体结构,但L_3-12-Si的热稳定性稍差。C-C和Si-Si共价键在这四种二维单层结构中占主导地位,这四种结构力学性能稳定,L_3-12-C的力学性能优于其它三种结构。L_4-8-C、L_4-8-Si和L_3-12-Si呈金属性。特别地,L_3-12-C具有非常小的带隙0.09 eV,使其成为商用光学滤波器和红外探测器的候选材料。