随着“双碳目标”的提出,如何有效利用清洁能源来减少污染保护环境成为当今社会的重要议题之一。通过电解水方法制得的氢气是最理想的清洁能源载体,然而氢气的储存和输运条件苛刻,且当前的析氢电极催化剂以贵金属为主,极大的限制了电解水在工业上的大规模应用,因此寻求更加高效且廉价的析氢催化剂成为了热门研究方向。另一方面,离子电池技术发展迅速,已经成为电能存储和输运的有效载体。对于电池储能技术,锂离子电池应用广泛但依然存在锂元素稀缺、安全性较低等问题,其他金属离子电池的研究也在不断出现,如具有安全性高以及元素丰富等优点的钠离子电池。负极材料的选择是影响电池性能的重要因素。二维过渡金属碳/氮化合物材料—MXene,凭借其高稳定性、表面基团可调控、导电性好等优势在上述领域中展现出巨大的应用潜力。本论文利用第一性原理计算,从Ti2CT2的MXene出发,首先构建了新型类MXene材料Sn2CO2和Pb2CO2,探索了它们的稳定构型以及电子性质,发现Sn2CO2为半导体而Pb2CO2为金属,并通过氢吸附自由能的计算和显性溶剂模型上的反应动力学计算证明了Sn2CO2是潜在的析氢反应催化剂,氢吸附自由能低至-0.03 eV,且遵循Volmer-Tafel反应路径。其次,本文系统地研究了O、S、Se和Te表面功能化的Ti2C单层及多层的晶体结构和电子结构性质。计算结果显示,多层Ti2CO2和Ti2CTe2遵循Ⅰ型堆叠构型,而Ti2CS2和Ti2CSe2遵循Ⅱ型堆叠方式。Ti2CO2单层到四层均为间接带隙半导体,且带隙值随着层数的增加而减小（从1.28 eV到1.14 eV）,而Ti2CS2、Ti2CSe2和Ti2CTe2均为金属性质材料。最后,我们进行了O、S、Se和Te表面功能化的Ti2C单层材料作为Li、Na、K、Mg、Ca、Al六种离子电池负极的性能研究。计算结果表明,Ti2CS2和Ti2CSe2在Na、K和Ca离子电池负极中有较为突出的性能表现。具体来说,Ti2CS2对Ca离子的理论容量可达600 mAh/g以上,Ti2CSe2在Na、K和Ca离子电池中有较低的平均开路电压和迁移能垒。此外,本论文还提供了 600 种 MXene—Mn+1XnT2（n=1,2,3;M=Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W;X=C、N;T=bare、OH、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I）的高通量计算结果,统计了它们的晶格常数以及原胞构型并与文献对比,以供研究参考。