碳以它独特的sp、sp2、sp3杂化方式以及多变的成键形式组成了丰富的碳家族,最近几年科学研究的重点一直是低维碳纳米材料。继石墨烯之后,我国优秀的科学家于2010年成功的制备出一种全新的二维平面结构的低维碳纳米材料—石墨炔。对于该纳米结构,sp2和sp这两种杂化的方式同时存在。造成了石墨炔这种材料不仅拥有与石墨烯相类似的优良性质,还使其具有石墨烯所不具备的半导体的性质。本文利用MS（Materials studio）中的CASTEP模块,采用第一性原理平面波赝势的方法进行计算材料性质。通过构建石墨炔三维模型,对不同类型,不同堆积方式的石墨炔进行能带结构、态密度及光学性质的研究。石墨炔材料的结构较为特殊,它即具有三维多孔的特征,又具备单层的平面二维网络材料的特点。因此相对于石墨烯而言,石墨炔在电子特性方面更有优势。石墨炔具有直接存在的带隙能,而石墨烯带隙能为零,所以石墨炔比石墨烯更适合做光电器件。研究主要分为以下几个部分:1.通过改变单层石墨炔中的炔键数目,改变单层石墨炔的结构,石墨一炔至石墨四炔这四种单原子层石墨炔二维平面材料全都是直接带隙半导体,禁带宽度会随着结构中炔键的数目的增大而逐渐减小。平行极化（即平行入射光存在极化方向）条件下,四种不同结构的石墨炔的吸收光谱均可以由红外区到达紫外区。在非极化条件下,反射率的峰值的对应波长随着炔键数目的不断增加而逐渐蓝移。2.通过改变双层石墨炔的层间堆叠方式,可以使石墨炔的禁带宽度发生改变,其性质在金属与半导体间转变。采用AA堆叠方式的双原子层石墨炔晶体结构的导带和价带相互重叠,显示出金属特性,AB₂,AB₃堆叠方式的双原子层石墨炔晶体结构由于直接带隙的存在均表现出半导体特性,而AB₁堆叠方式的双原子层石墨炔晶体结构为间接带隙的半导体。3.通过在石墨炔结构中掺杂杂质因子来改变石墨炔的光电特性,然后与无掺杂石墨炔进行比较。最后通过密度泛函（DFT）计算法对模型进行数值模拟,研究了不同类型石墨炔和掺杂石墨炔的结构性质与光学性质。4.采用分子动力学方法模拟了氢在石墨炔上的吸附与氢原子浓度之间的关系。我们发现氢在石墨炔上的吸附率随着氢原子浓度的增大而增大,它们之间几乎呈线性关系。但是由于石墨炔本身对氢化的抵抗性,在常温常压下,当不断增大氢原子浓度直至达到气态极限浓度时,氢原子的吸附率有一个最大值。