二维层状材料由于其独特的电学结构和垂直方向的量子限域效应,表现出优异的电学、光学和机械性质,在光电子半导体器件、柔性电子器件、能源存储、光电催化等方面有广泛的应用。而第V主族单质二维材料,包括黑磷烯、砷烯、锑烯和铋烯,由于其高的载流子迁移率和可调控的带隙,近年来引起了科研人员极大的注意。然而,除了黑磷烯外,第V主族的单质二维材料的研究主要集中于理论研究,对于实验合成和实际光电学性质的探索仍然不足。因此,本论文首先综述了二维材料的研究现状,然后介绍了本课题组对第V主族砷烯、铋烯二维材料在制备和性质研究等方面的相关工作。具体内容如下:1、二维单晶砷烯纳米片的范德华外延生长。利用物理气相沉积法,以云母为衬底,范德华外延生长了砷烯纳米片。得到的砷烯纳米片具有规则的六边形和半六边形形貌,厚度可低至4 nm,横向尺寸可达20 μm,可转移至其它衬底上不受氧化降解。所生长的砷烯纳米片表现出非常好的晶体质量,且为菱方晶相的单晶。2、砷烯纳米片的无定形化:半金属到半导体的转变。对范德华外延生长的砷烯纳米片进行氢氟酸水溶液处理,可以得到无定形的砷烯纳米片。通过控制反应时间,可以得到部分无定形化和完全无定形化的砷烯纳米片。不同于砷烯纳米片,无定形化的砷烯纳米片表现范围宽和稳定性高的光致发光。最后我们对无定形砷烯纳米片进行了电学测试,发现无定形砷烯纳米片的场效应晶体管表现出栅极电压控制的漏电流,导电类型为P型。3、砷烯与有机溶剂小分子和高分子覆盖层的理论计算及实验验证。首先理论计算了砷烯分别与有机溶剂小分子和高分子的结合能和电荷转移,然后我们通过实验验证了砷烯与有机溶剂小分子和高分子的不同相互作用会表现出的不同实验现象和结果。在砷烯与高分子体系中,相互作用越强,则高分子对砷烯的保护效率越差。在砷烯与溶剂分子体系中,强的相互作用则会赋予溶剂在液相剥离砷烯时更高的剥离效率。4、氮化硼封装法在铜衬底上生长六边形二维铋烯纳米片。通过氮化硼的封装,结合物理气相沉积法,我们成功在铜衬底上生长了二维铋烯纳米片。结合理论计算,我们发现氮化硼在铋生长过程中可以抑制铜衬底对铋烯的强相互作用,从而促进铋烯纳米片的二维生长。制备的铋烯纳米片表现出规则的六边形,且为单晶。由于氮化硼的封装作用,生长的铋烯纳米片具有优异的稳定性,即使在大气环境条件下进行500℃退火10分钟也不被氧化。最后,我们对全文工作进行了总结,并阐述了目前第V主族二维材料研究仍存在的问题和挑战。