二维纳米材料具有高比表面积、成熟的制备工艺、以及不同于体相材料的多种优异的物理性能,被认为是未来器件的重要组成材料。一类新型二维层状过渡金属碳化物和氮化物在2011年首次被发现并命名为MXenes,受到了人们的广泛关注。该类材料的通式可写为M_n+1X_nT_x,其中M表示过渡族金属元素,X为C或N,n取值为1,2或3,Tx表示表面基团,常为氧、氟或羟基。基于其丰富的化学元素、可调的表面官能团,MXenes材料在储能、电磁屏蔽材料、生物传感器等多个领域获得广泛应用。Ti₂CO₂,作为代表性的MXene材料,呈现半导体特性并具有超高的载流子迁移率,被认为是理想半导体器件材料。为了实现对Ti₂CO₂的n型和p型掺杂,在本文中,我们基于第一性原理密度泛函,研究了由相邻元素Sc和V取代Ti原子位置,以及B和N取代C原子位置后构成的各类Ti₂CO₂固溶体结构。考察了不同的固溶浓度下体系的晶格参数、力学强度以及电子结构。研究结果表明,固溶元素的种类对材料的晶格参数、层厚有明显的影响。Sc取代通常使平面内晶格参数增加,层厚减小。相比之下,N元素的引入对晶格参数影响较小。力学强度与固溶元素种类以及固溶浓度密切相关。在所有被研究的体系中,(Ti_0.25V_0.75)₂CO₂中的力学强度最高,其弹性常数c11值达到425GPa,相应的(Ti_0.125Sc_0.875)₂CO₂的力学强度最低,其c11值只有(Ti_0.25V_0.75)₂CO₂的24.7%。对于电子结构,尽管B和Sc两者都比其替代的元素少一个价电子,但含Sc的构型更易实现p型半导体。V和N的固溶都能够产生n型半导体,但最佳的固溶浓度却存在很大的差异。在研究的体系中,只有(Ti_0.5V_0.5)₂CO₂和(Ti_0.375V_0.625)₂CO₂两种结构呈现磁性,其磁磁矩分别为2.61?B/cell和1.52?B/cell。本文对邻近元素固溶Ti₂CO₂结构和性能的研究,提供了一种调控和优化Ti₂CO₂物理性能的有效方式,同时为该材料在半导体器件以及其他领域的应用奠定了理论基础。。