硫化银作为典型的窄带隙半导体,由于其具备带隙小、无毒且具有细胞相容性等优点,而广泛应用于生物医学成像、近红外发射、高效太阳能转换以及光催化应用等领域。为了提高Ag₂S光催化活性以及改善Ag₂S电子结构性质,我们分别研究了本征缺陷、掺杂浓度及金属掺杂对Ag₂S电子性质影响。另一方面,碳基纳米材料,尤其是零维富勒烯和二维石墨烯拥有独特的结构和电子特性,为了丰富它们的物化性质,我们分别对C₆₀富勒烯和石墨烯进行了结构修饰,并进一步研究了它们的物理性质。本论文的主要研究结果有以下几点:首先,我们利用第一性原理研究了I型银空位缺陷(V_AgI),II型银空位缺陷(V_AgII)和硫空位缺陷（V_S）的Ag₂S形成能和电学性质。我们模拟了实验中非化学计量的Ag₂S的结构模型,研究表明理论计算Ag原子间的键长与实验中Ag原子间的键长基本一致。研究结果表明V_Ag为硫化银的本征缺陷,引入V_Ag后体系导电性提高。向硫化银晶体中引入适当浓度的本征缺陷可以获得高导电p型材料。其次,我们基于密度泛函理论的第一性原理研究了铜取代I型银掺杂(Cu _AgI),铜取代II型银掺杂(Cu _AgII),铜在间隙位掺杂（Cu_i）在不同掺杂浓度下对Ag₂S电子结构性质的影响。随着Cu掺杂浓度增大,Cu _AgI和Cu _AgII体系的带隙几乎没有变化,而Cu_i体系的带隙由于导带底铜原子d轨道向下移动明显减小。理论计算的间隙铜原子掺杂带隙减小与实验中铜掺杂硫化银光谱红移现象吻合,表明实验研究的铜原子掺杂在Ag₂S晶体的间隙位置。随后,我们利用第一性原理计算研究了不同类型金属掺杂对Ag₂S晶体电子性质的影响。研究发现取代掺杂的结合能明显低于间隙掺杂,且间隙掺杂致使Ag₂S晶格产生明显的形变。除s壳层只有一个价电子的金属（s¹电子金属）取代掺杂外,其他金属及s¹电子金属间隙掺杂对Ag₂S晶体结构影响较大。金属掺杂Ag₂S产生的间隙态主要由掺杂原子导致。d电子金属掺杂向Ag₂S晶体引入磁性。最后,我们分别对C₆₀富勒烯和石墨烯的修饰结构进行了研究。我们提出3种不同的IV族原子修饰石墨烯模型,分别为单一元素部分修饰石墨烯、多种元素全部修饰石墨烯及多种元素部分修饰石墨烯。研究表明IV族原子修饰后修饰原子层向石墨烯层转移电子,致使修饰区域石墨烯表面静电势降低,在修饰和非修饰区域的边界上产生交替电场。由此,我们提出了石墨烯表面质量输运的新机制,这一机制对理解石墨烯表面吸附原子选择性扩散和成核起到重要作用。除此之外,我们用杂化密度泛函理论计算了金团簇（Au）_1～6内嵌C₆₀的电子和光学性质。我们比较了基态金团簇、非基态金团簇及金团簇内嵌C₆₀的能量稳定性。金团簇内嵌C₆₀的结合能随着金原子数增加而增大。相互作用能和电荷转移分析表明,金团簇与C₆₀有较强的共价相互作用。（Au）_1～6@C₆₀复合物的磁矩呈现奇偶振荡关系。金团簇的嵌入破换了C₆₀的宏观对称性,（Au）_1～6@C₆₀复合物的光学性质呈现各向异性。随着Au原子个数的增加,C₆₀的紫外区域的光谱强度逐渐减小,红外区域金的光谱逐渐增强。金团簇内嵌C₆₀后在紫外区域出现新的光谱峰,这些光谱主要来自于金团簇与C₆₀之间的相互作用,且峰强度随着金原子个数增加而逐渐增强。