自从2004年二维结构材料石墨烯被发现,近十几年来二维结构材料得到了快速的发展和研究,许多结构多样、性能独特脱颖于传统材料的新型二维材料被陆续报导。作为二维结构的石墨炔(Graph-n-yne,n=1,2,3,4,5)在理论上其结构是稳定存在的,并于2010年被成功制备出其中的石墨二炔(Graph-2-yne)。石墨炔是由sp杂化乙炔键将sp2杂化的苯环共轭连接而形成的二维平面网格结构,其均匀分布的孔隙和丰富的碳化学键,使得石墨炔作为优良的半导体具有优异的电子、光学和光电性能,在分离提纯、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用。目前对石墨炔的基础研究较多,在力学性能方面的研究虽然也有,然而这些方面的工作并不完备。本文采用基于密度泛函理论(DFT)的从头算第一性原理和分子动力学(MD)模拟等两种方法,分别计算了石墨一炔到石墨五炔结构的力学性能。首先,基于DFT的从头算方法,获得了石墨一到五炔单胞的晶格常数,计算了相应单胞的理想力学性能,并且计算了石墨一到五炔的聚合能(cohesive energy),发现随乙炔键数目的增加导致晶格参数变化,聚合能降低,结构稳定性降低;其次,采用MD方法,基于AIREBO势函数对石墨零炔(石墨烯)到五炔纳米片和纳米管在锯齿和扶手方向进行了极限单轴拉伸计算,得到了较大纳米尺寸石墨炔纳米片和纳米管在扶手和锯齿方向的初始面内刚度,以及断裂应力和断裂应变。石墨炔薄膜和不同手性的纳米管的力学性能表现出各向异性;随着石墨炔结构中乙炔键数目的增加,对其断裂应力、断裂应变和面内刚度有显著的影响(削弱作用),并分析和讨论了在不同手性方向对纳米结构拉伸时,结构断裂前和断裂后的行为变化及裂纹扩展。以上这些力学性能结果不仅有助于石墨炔结构化学键的表征,对于实验制备石墨炔家族其它成员及在其它领域或器件的应用提供了结构及力学方面的指导。最后,基于MD方法对单层石墨三炔到石墨五炔在海水脱盐性能进行了深入的研究,计算了常温下沿渗透方向不同压力梯度时石墨炔薄膜的海水淡化速率和脱盐率。计算结果表明海水淡化速率随着石墨炔中的范德华孔尺寸的增加而变大,对于石墨四炔到石墨五炔,其脱盐率随着范德华孔尺寸及压力梯度的增加而减小。通过计算,石墨三炔薄膜的海水淡化速率高出传统反渗透膜两个数量级。另外,计算了带有部分电荷石墨炔对海水淡化过程的影响,施加负电荷能使石墨炔持续保持高脱盐效果。总之石墨三炔和石墨四炔具有优异的脱盐性能和海水淡化速率,这些理论数据对石墨炔薄膜在海水脱盐淡化方面的应用有一定的指导意义。