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二维（Two-dimensional,2D）材料独特的层状结构令其具有可观的比表面积,这对其应用于高度依赖表界面特性的领域,如气体传感、场效应晶体管（Field Effect Transistors,FETs）、2D衬底或缓冲层等是极为重要的。本文从理论上研究了几种典型二维非金属化合物（碳化物:Ti2C;氮化物:h-Al N;硫化物:GeS、SnSSe）表界面特性的电子结构调控方法,探索了高性能气敏材料、2D衬底-外延层相互作用、2D FETs电极金属选择以及Janus表面修饰等问题,并从原子层面讨论了相关机理。论文的主要研究内容如下:1.使用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）方法,论文研究了二维GeS材料的本征与掺杂电子结构,并提出了一种可在室温下工作的兼具高灵敏度与高选择性的GeS基挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）气敏材料,即Al-GeS。铝掺杂后,含氧原子的VOCs分子（如甲醇、乙醇、甲醛与丙酮）由本征时的物理吸附转变为化学吸附,而不含氧原子的VOCs分子（如三氯乙烯和苯）仍为物理吸附。特别地,含氧VOCs分子-Al-GeS吸附体系在300 K下结构可保持稳定,而其他VOCs分子将立刻从Al-GeS上脱附。上述研究结果表明,室温下Al-GeS可以有效地区分含氧与不含氧的VOCs分子,且具有很高的灵敏度。此外,表征含氧VOCs吸附体系的导电性与磁性,还可以明确吸附分子中官能团的类型（如羰基或羟基）,进一步提升器件选择性。该工作表明Al-GeS薄膜可用于高灵敏度、高选择性的GeS基室温VOCs传感器。2.使用DFT方法研究了honeycomb相硼烯在二维Ti2C衬底表面的稳定性及其微观机理,并提出了一种与表面硼团簇边缘台阶相关的动力学过程作为honeycomb相硼烯的外延机理。结果表明,honeycomb相硼烯是Ti2C衬底上的能量最优结构,且具有出色的动力学与热力学稳定性。Ti2C衬底与honeycomb相硼烯间较强的界面相互作用,包括向硼烯的电荷转移、轨道间杂化与成键等是honeycomb相硼烯得以稳定的最重要因素。受Ti2C表面势能面的限制,吸附硼原子易于沿衬底表面中空位点形成的六边形网格迁移,并形成六元环状硼岛作为外延的基本单元。后续硼原子将更倾向于吸附在硼岛边缘具有大量悬挂键的位置,从而实现岛的扩张与合并,并最终形成单层硼烯。研究结果表明,2D Ti2C是一种潜在的可使honeycomb相硼烯稳定的外延衬底或缓冲层材料。3.以分子吸附和金属接触两个典型应用场景为例,研究了Janus SnSSe的本征极化场对不同表面处电子结构的调控。在分子吸附场景中,大部分分子在SnSSe的两侧表面都呈物理吸附特征,仅极性分子NH3呈弱化学吸附,且其分子极化场屈服于衬底极化场。1.8 V偏压下,吸附NH3分子后器件沿x方向的电流是本征时的217.30%（S面吸附）或203.33%（Se面吸附）,是其他分子吸附时的近十倍,也大幅高于同类2D传感器。因此SnSSe对NH3具有高灵敏度与高选择性,且吸附特性可由外部势场调制。在金属接触场景中,SnSSe与常见电极金属（Au、Ag、Cu、Pt、Pd）间的晶格失配小,且与Pt/Pd的界面相互作用强于Au/Ag。Ag、Au、Cu与SnSSe两个表面的接触类型均为欧姆接触,而Pd与Pt存在n型肖特基势垒。特别地,S面与Se面与Cu（111）接触体系的隧穿几率可以分别达到100%与97.44%,具有很高的载流子注入效率。此外,S面接触的FLP效应略弱于Se面。这些结果为SnSSe材料在NH3传感器领域的应用与FET电极的选择提供了参考。4.基于第一性原理方法,论文系统地研究了氢与卤素原子团（包括-F、-Cl与-Br）对二维h-Al N电子结构的调控,并从能量、动力学与热力学等角度研究了体系的稳定性。当h-Al N两侧修饰原子相同时（X-Al N-X,X=H、F、Cl、Br）,氮侧原子一般位于顶位,而铝侧的氢原子位于顶位,卤素原子则位于中空位。这样的非对称结构也在X-Al N-X中引入了本征偶极矩,且X-Al键较N-X键的离子键成分占比更高。X-Al N-X的带隙在0.80-2.45 e V之间,且除H-Al N-H以外均发生间接-直接带隙转变。在四种X-Al N-X结构中,H-Al N-H具有良好的动力学与热力学稳定性,且具有近40THz的声子带隙。若h-Al N两侧修饰原子不同（X-Al N-Y,X,Y=H、F、Cl、Br且X≠Y）,氮侧原子与铝侧氟原子将在顶位,而其他原子位于中空位。X-Al N-Y也具有由不对称性引入的本征偶极矩,且成键类型与X-Al N-X非常相似。六种X-Al N-Y均为直接带隙,带隙范围在0.42-3.08 e V之间。此外,Cl-Al N-H与Br-Al N-H具有良好的热力学与动力学稳定性,还具有约70 THz的超宽声子带隙。该工作为h-Al N电子结构的表面调控提供了更为深入的理解,并为它们在微电子、光电子与声学等领域的应用打下了理论基础。