石墨烯是由单层碳原子通过sp2杂化形成的六角蜂窝状二维材料，其优良的物理和化学性质引起人们的广泛关注。然而，要想实现石墨烯在电子学和自旋电子学的广泛应用亟待解决两个关键问题:一个大的开关比的带隙和磁矩，因此，合理调节石墨烯的电子性质和磁特性是实现其器件化的关键一步。　　本工作中系统的研究了半三明治有机配体(OL)-过渡金属(TM)官能化的单层石墨烯(SLG)结构的电子性质和磁特性。研究发现多数稳定结构中的金属原子稳定在石墨烯六边环的hollow位置，少数结构金属原子倾向于吸附在top位置。所有半三明治OLTMn-和[TMC4H2]∞-/[TMC6H2]∞-与石墨烯共价结合且具有高化学稳定性，另外，多数OLTMn@SLG是铁磁性的，其中Cr3Ant@G77磁矩最大，为2.96μB。相反的，Fe2Np@G77和Fe3Ant@G77表现为亚铁磁性而Ti3Ant@G77是反铁磁。除此之外，还发现了丰富的电子性质。所有的TMBz@G33和TMBz@G66都为半导体性，尤其是CrBz@G33和MnBz@G33带隙非常大(＞1eV)。不同的是，TM2Np@G77和TM3Ant@G77的带隙随着金属原子浓度的增加大大减少。另外，在一维无限分子线官能化石墨烯结构[TMC4H2]∞@G和[TMC6H2]∞@G中我们发现了丰富的磁性。其中，[MnC4H2]∞@G和[FeC6H2]∞@G每单元的磁矩高达2.36μB和4.43μB。大多数的一维分子线吸附在石墨烯上是金属性的，不同的是，[MnC4H2]∞@G是半导体的，其带隙为0.20 eV。　　利用第一性原理计算，系统地研究了半三明治有机配体-过渡金属(FeCp)基团官能化的单层石墨烯结构，(FeCp)n@SLGs，(n=1，2)的电子性质和磁特性。考虑了不同的吸附位置以及不同的吸附密度。计算结果表明，FeCp基团可以和石墨烯共价结合且具有很高的化学稳定性。除了FeCp@G44，FeCp2-B@G44-D5，Fe2Cp2@G44-B2-D5没有磁性，其它(FeCp)n@SLGs都是铁磁性的，其中，Fe2Cp2@G33-D1， Fe2Cp2@G33-D2和Fe2Cp2@G33-D3的磁矩分别为2.00μB，1.43μB与1.26μB。此外，对于3×3的石墨烯超胞，所有(FeCp)n@G33s结构均为半导体材料，FeCp@G33，Fe2Cp2@G33-D1，Fe2Cp2@G33-D2，Fe2Cp2@G33-D3的能隙值分别为1.03 eV，0.55 eV，0.14 eV，1.13 eV;而对于4×4的石墨烯超胞，除了Fe2Cp2@G44-B2-D5是半导体，能隙为0.36 eV，其它均为金属材料。有趣的是，Fe2Cp2@G44-S1、Fe2Cp2@G44-S2、Fe2Cp2@G44-D3和Fe2Cp2@G44-D5, Fe2Cp2@G44-B2-D5等五种结构的带隙在狄拉克点被打开，带隙值为0.16 eV,0.09 eV,0.12 eV,0.25 eV,0.36 eV。研究还发现，将Fe元素替换成Ni元素，磁矩值大大增加，其中，Ni2Cp2@G44-S1，Ni2Cp2@G44-D5，Co2Cp2@G44-S1和Co2Cp2@G44-D1的磁矩高达2.00μB，2.00μB，3.48μB和3.37μB。且NiCp@G44，Ni2Cp2@G44-S1和Ni2Cp2@G44-D5等3种构型都表现为半导体，其带隙分别为0.17 eV,0.13 eV和0.29 eV。我们的结果发现茂基有机过渡金属三明治化合物的吸附可以有效地调节石墨烯的电磁性质，将成为石墨烯纳米电子器件的优良的候选材料。　　利用密度泛函理论系统的研究了过渡金属原子嵌入到双层石墨烯层间的结构，电子和磁性质，[GTMG]x∶ys。x，y是整数，TM=Ti，Cr，Mn，Fe，考虑了不同的金属原子的插层比率和插层样式。除了[GCrG]1∶9和[GMnG]1∶9结构，其他所有研究体系都是热力学稳定的并且具有很大的结合能（＞0.80 eV每TM原子），这是由于金属原子向两边的石墨烯层的电荷转移造成的。多数研究体系是铁磁性的，其中[GFeG]1∶6磁矩最大，达到7.02μB。相反地，[GCrG]1∶8和[GFeG]1∶8是亚铁磁的，其他的插层结构是非磁的，有趣的是，六种结构，[GTMG]1∶18，[GTMG]1∶9以及[GTMG]1∶6，TM=Ti，Mn，表现为半导体性，其带隙分别为0.14eV/0.82 eV,0.41 eV/0.67 eV,以及0.09 eV/0.06 eV。通过比较[GTMG]1∶6s在相同插层比率下的不同的插层样式，发现[GTMG]x∶ys的电磁性质受到TM插层样式的影响。综上，在BLGs上嵌入金属原子能够有效改善石墨烯的电子和磁性质，并且为电子自旋器件设计提供了有效的方法。