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硅烯是具有与石墨烯类似蜂窝结构和电学特性的二维单原子层硅薄膜,具有与硅基半导体工艺兼容的独特潜力,一出世便受到了业界广泛的关注。本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,借助Materials Studio模拟计算软件,对纯硅烯和Si（3×3）/Ag（4×4）外延硅烯（含衬底）的结构、电学和光学特性进行了计算和研究,分析了Ag（111）衬底对硅烯特性的影响。从吸附改性入手,研究了单个碱金属（Li、Na、K）原子吸附对硅烯结构、电学和光学特性的影响,并对单个碱金属原子在硅烯表面的迁移特性进行了探索。进一步研究了碱金属修饰硅烯的氢存储特性,探索了碱金属吸附组分（以Li为例）和混合碱金属（Li和Na）修饰对氢存储性能的影响。本论文的主要研究成果及结论如下:硅烯的能带带隙为0 eV,具有狄拉克—费米子特性,其费米能级附近π能带和π*能带相交于布里渊区的K点;而由于Ag衬底与Si原子的轨道杂化作用,硅烯被打开0.29 eV的能隙。硅烯易吸收紫外线和可见光;而在Ag衬底的影响下,硅烯对光的吸收效率下降。硅烯中的电子易与能量为8.10 eV和2.25 eV的入射电子发生非弹性作用进而吸收电子的能量;而Ag衬底使硅烯对入射电子的能量选择略微往低能方向移动。总体来看,Ag衬底对硅烯的结构、电学和光学特性产生了较大的影响。单个Li、Na、K原子的引入使硅烯能带分别出现0.142 eV、0.074 eV和0.066 eV的能隙,并呈现出N型半导体的特性。Li-s、Na与K的s/p轨道和Si-p轨道的杂化作用是Li、Na、K修饰硅烯中Li、Na、K原子和硅烯形成离子键的主要原因。各碱金属原子的引入降低了硅烯的光吸收效率,也使硅烯8.10 eV处的能量损失峰降低,并向低能方向移动。过渡态搜索结果表明,单个碱金属原子在硅烯表面相邻中空位之间的迁移选择上具有一致性,其迁移路径为中空位-谷位-中空位,相应的迁移势垒分别为0.22 eV、0.14 eV和0.10 eV。总体来看,各碱金属修饰硅烯由于同一主族碱金属原子的吸附,在电学、光学和迁移特性上具有很多相似的特性。在对碱金属修饰硅烯氢存储特性的研究中发现,Li修饰硅烯体系的最大储氢量随Li组分的增加而增大,并且当Li组分达到0.50而饱和时达到最大,相应的储氢质量密度为11.46 wt%,平均吸附能为0.34 eV/H2,很好地达到了美国能源部设定的储氢标准,表明提高Li组分甚至使其达到饱和在理论上能有效提高Li修饰硅烯的储氢性能,进一步暗示合理提高碱金属修饰硅烯中的碱金属组分能有效提高硅烯的氢存储能力。Li-Na修饰硅烯中每个Li和Na原子分别最多能够吸附3个和6个氢气分子,相应的储氢质量密度为6.65 wt%,氢气平均吸附能为0.29 eV/H2,其性能介于相同组分下Li修饰硅烯和Na修饰硅烯之间,表明碱金属混合修饰能够在一定程度上对单一碱金属修饰硅烯的氢存储性能进行调整。结合Mulliken电荷布居、差分电荷密度和态密度的分析,发现上述碱金属修饰硅烯的储氢机制与电荷转移诱导的静电相互作用和轨道杂化作用有关。