由于量子尺寸限域效应,二维材料蕴涵着非常奇特的电子结构和物理性质,具有广泛的应用前景。在实际应用中,特别是在电子器件中,二维材料几乎都不是以悬空形式单独存在,而是与基体形成异质结。由于单层或者少层二维材料的厚度很薄,其基本物理性质容易受到基体材料的影响。因此,研究二维材料与基体的界面相互作用和电子性质等对二维材料的实际应用至关重要。过渡金属氧化物不仅是良好的基体材料,而且在二维材料基异质结方面扮演着十分重要的作用。因此,本文以金属氧化物二氧化铈（CeO2）为例,通过第一性原理计算系统地研究了具有代表性的四类二维材料与CeO2的界面相互作用及电子性质等。主要研究结果如下:1.系统研究了层外化学活性较高的硅烯与CeO2（111）的界面相互作用及其对电子性质的影响,发现它们的界面可以存在依赖于堆垛构型的强化学相互作用和弱范德瓦尔斯（vd Ws）相互作用。当它们的界面以Si-O化学键相连时,硅烯的本征π键特性遭到破坏,导致硅烯磁性的出现和拓扑性能的湮灭。当硅烯与CeO2（111）为弱的vd Ws相互作用时,硅烯的本征成键特性得以保持,但硅烯的空间反演对称性被破坏,其带隙被打开,使其从拓扑绝缘体转变为能带绝缘体。为了保持复合体系中硅烯的优异电子性质,我们提出可以构建对称三明治结构（如,CeO2（111）/硅烯/CeO2（111））抵消基体对硅烯的弱vd Ws相互作用,从而保持硅烯的量子自旋霍尔效应。2.系统地研究了层外化学惰性的单层过渡金属硫族化合物（MX2）与CeO2（111）之间的界面相互作用及其对电子性质的影响。与硅烯/CeO2（111）不同,当MX2和CeO2（111）结合时,界面仅仅存在vd Ws相互作用。有趣的是,相互作用的强度和界面距离依赖于硫族元素（X）。相比于MSe2/CeO2（111）,MS2/CeO2（111）界面相互作用强度更强,且界面距离更小。尽管MX2与CeO2（111）之间为弱vd Ws相互作用,但仍然可以改变MX2的带边电子态,使MX2从直接带隙转变为间接带隙。单层MX2带边电子态的变化也强烈地依赖于X元素的种类。此外,X元素还影响MX2/CeO2（111）界面的电荷转移及其光学性质,对于具有相同X元素的异质结,其电荷转移和光学吸收非常相似。3.为了进一步确定界面硫族元素（X）对界面相互作用和电子性质的影响,我们系统研究了单层Janus-MoSSe与CeO2（111）的界面相互作用和电子性质。当S原子与CeO2（111）表面接触时（Janus-Se MoS/CeO2（111））,其界面结合能和界面电荷转移都远大于Se与CeO2（111）接触时（Janus-SMoSe/CeO2（111））的界面形成能和界面电荷转移。此外,界面处的硫族元素还决定着异质结能带排列类型。对于Janus-SMoSe/CeO2（111）,可以有效地形成II型能带排列;然而对于Janus-Se MoS/CeO2（111）,能带排列却转变为I型。界面处硫族元素和异质结类型不同,异质结电荷分离特性也不同。在Janus-SMoSe/CeO2（111）,光生空穴可以迅速地从CeO2转移到Janus-MoSSe中;然而,在Janus-Se MoS/CeO2（111）中,光生电子可以更加迅速地从Janus-MoSSe转移到CeO2中。有趣的是,尽管光致载流子转移不同,但是在此类vd Ws基异质结中,导致光生载流子转移的内在物理机制却都是非绝热耦合。4.为了进一步确定二维材料与金属氧化物构成的vd Ws异质结中主导载流子转移的内在物理机制,我们系统研究了被实验广泛关注的单层g-C3N4与CeO2（111）的界面相互作用及其电子性质。单层g-C3N4和CeO2（111）也是通过vd Ws相互作用结合的,而且可以有效地形成II型能带排列。不管是光致载流子的分离,还是复合过程,主导载流子运动的主要因素都是非绝热耦合,而不是界面电场。此外,相比于光致载流子的复合,载流子的分离显得更加迅速,这也意味着g-C3N4/CeO2是II型异质结,这也与目前大多数实验结果相符。