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在2004年,一种独特的物质——石墨烯,被英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫发现。石墨烯是一种具有较为良好的电子特性的单原子层状二维材料,其结构主要由C原子以sp2杂化方式而形成特殊的蜂窝状结构,并且其表面很容易产生结构缺陷,因此也成为了大批科研人员的研究重点。随着石墨烯的发展,科学家们也开始对不同的二维材料展开探究,如氮化硼纳米片、MoS2纳米片等,计算机技术的完善也让许多无法再实验室解决的问题,通过计算模拟的方式,对低维纳米材料的现象进行解释。本文依据密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）,分子轨道理论（MO）,态密度（DOS）分析等基本理论和基本研究方法,运用Materials Studio7.0（MS）程序对金属、非金属掺杂和吸附的二维材料进行了催化性能、电子结构、几何构型等进行理论研究。本文主要由四章内容组成。第一章,我们主要对量子化学的发展背景和应用前景进行了基础介绍,并对文章的主要工作进行总结。第二章,主要介绍应用到的基本知识和基本方法。第三、四、五章中,我们主要在上述理论的基础之上进行了具体体系的探究。第三章,通过密度泛函理论,我们对磷烯上吸附过渡金属后所引起的磁性变化进行了探究。通过对过渡金属原子的能带结构图分析得出结论,Ti原子、Mn原子、V原子吸附在磷烯单层上表现出了半导体的特性,而Co原子吸附在磷烯单层上表现出了金属的特性。并且Ti原子和V原子吸附在磷烯上表现出了反铁磁性,而Co原子和Mn原子吸附在磷烯上表现出了铁磁性。研究结果表明磷烯在光电子学,热电子学和自旋电子学领域有着广阔的应用前景。第四章,采用密度泛函理论,我们探索了使用易于制造的带负电荷的氮化硼（BN）纳米片作为氧还原反应（ORR）电催化剂的可能性。结果表明,O2可以强烈化学吸附在带电BN纳米片上,这是引发反应顺序的必要步骤。计算出的每个ORR步骤的活化能和反应能表明ORR可以通过直接的四电子途径容易地形成两个H2O分子,其中速率确定步骤是OOH*+H++e-→2OH*,这些结果表明带负电荷的BN纳米片是一种有前途的无金属ORR电催化剂,具有高效率。第五章,通过DFT计算,我们系统地研究了非金属原子（B,C,N,O和P）的几种实验可用的掺杂MoS2纳米片的电子和磁性以及化学反应性。我们的研究结果表明,这些非金属原子可被MoS2纳米片的S空位强烈捕获,确保其高稳定性。此外,这些掺杂的MoS2纳米片由于引入杂质水平而表现出减小的带隙。特别是,由于非金属掺杂,气体分子在MoS2单层上的吸附可以大大增强,这表明开发气体传感器或催化的潜力很大。