自从石墨烯被成功制备以来,其一直被认为是未来纳米电子学和光电子学最有前景的候选材料。然而,由于其无带隙的电子特性,本征的石墨烯几乎不可能在光电子和逻辑电子器件中得到广泛应用。继石墨烯和过渡金属硫族化合物之后,VA族单质二维材料获得了人们的广泛关注。其中,黑磷烯具有层状性质和超高载流子迁移率,显示出了其在电子器件和储能领域的良好前景。然而,空气中的不稳定性和器件寿命短等问题仍然严重阻碍了磷烯及其器件的大规模应用。砷烯合成难度较大,因此实验方面的工作报道较少。锑元素的储量较少且锑烯为间接带隙半导体。因此,有必要探索基于VA族元素且具有良好物理化学性能的二维化合物半导体。目前,理论设计方法探索二维材料的电子和光学性能已经成为研究二维材料和器件的有力工具。本文利用基于密度泛函理论的第一原理计算方法,研究了几种新型VA族化合物二维材料和异质结的电学和光学性质,并探索了其在高速开关器件、太阳能转换等方面的潜在应用。本文的主要研究结果可以总结如下:首先,我们通过第一性原理计算预测了一种新型二维材料h-YN。声子谱、弹性常数、从头算分子动力学的计算表明这种材料具有良好的动力学稳定性、机械稳定性和热稳定性。与其他已经报道的二维过渡金属氮化物显示金属特性不同的是,二维h-YN在HES06泛函计算中展现出2.322 eV的带隙。我们进一步研究了单轴和双轴应变下的二维h-YN结构的电子结构的变化趋势。值得注意的是,h-YN的能带结构在压缩和拉伸应变下展现出了良好的电学稳定性。二维h-YN的电子迁移率在锯齿形和扶手椅方向上高达1.7×10⁴ cm² V^-11 S^-1和1.8×10⁴ cm² V^-11 S^-1,这表明电子将以极高的速度在h-YN中漂移。此外,多层h-YN也表现出半导体性能和较分散的导带。这些显著的性质表明二维h-YN可能是一种可应用于高应变条件下的高速开关器件的二维半导体材料。此外,我们还通过使用第一性原理计算预测了一种可作为光催化剂的二维penta-SiAs₂。通过声子色散曲线、从头算分子动力学、弹性常数等计算,我们证明了penta-SiAs₂具有令人满意的稳定性。电子结构计算结果表明penta-SiAs₂是带隙为2.35eV的半导体。penta-SiAs₂的载流子迁移率和太阳光吸收分别高达10⁴cm²V^-1s^-1和10⁵ cm^-1,这使得其具有良好的太阳能吸收性能。值得注意的是,能带对准计算表明penta-SiAs₂的价带和导带恰好可以跨过水分子全水解的氧化还原电位。此外,反应路径计算表明penta-SiAs₂表面上水分解和析氢的过程满足热力学条件。这些良好的的性质赋予penta-SiAs₂在全水分解光催化领域的应用潜力。最后,我们利用第一性原理计算方法预测了InSe/antimonene异质结在光电领域的应用前景。通过计算结合能和层间距离,证明了AC构型是最稳定的异质结构并基于此构型展开计算。InSe/antimonene异质结具有0.97eV的直接带隙。值得注意的是,InSe/antimonene异质结呈现第II型带对准和层间电荷转移,表明其具有良好的电子-空穴分离能力。形变势理论计算表明InSe/antimonene异质结具有高达10³cm²v^-1s^-1的载流子迁移率,这优于单层InSe和antimonene。除此以外,InSe/antimonene异质结的光能-电能转换效率高达17.2%,表明这种二维异质结是多功能光电应用的潜在候选材料。