在石墨烯成功制备的十年之际,一种全新的单质二维材料黑磷烯在实验上成功制备并引发了极大的关注。其独特的锯齿蜂窝状晶格类似于波纹纸,是由磷原子的sp~3杂化和孤对电子的存在引起的,这导致了黑磷烯具有高度各向异性的电荷传输特性和光学特性。与石墨烯的零带隙以及Mo S2过低的载流子迁移率相比,黑磷烯具有随层数可调的直接带隙（单层1.73～2.0 e V）和非常高的各向异性载流子迁移率(1000 cm~2V-1s-1)。此外,基于黑磷烯的场效应晶体管开关电流比可达10~4。其可调的电子能带结构、优异的力学、热电、光电等性质为黑磷烯未来在纳米器件领域的潜在应用奠定了基础。众所周知,三维材料的物理性质、化学性质与其表面结构密切相关。同样,二维材料的边界结构也对其稳定性、磁性及电子特征等有着重要的影响。如具有锯齿状边界的黑磷烯纳米带具有金属性,而扶手椅状边却显示半导体特性。此外,黑磷烯纳米带的锯齿边缘的磁性也同样会受边界原子位置影响。实验上利用切割法制备纳米带时,纳米带边缘会存在悬挂键,这不利于结构的稳定性,因此边界原子要进行重新排列来饱和悬挂键,即边界重构。经过重构的边界会导致二维材料具有不同于其体相的电子性质、光学性质以及磁性性质等。因此揭示黑磷烯可能的边界重构是十分必要的。目前理论上报道的黑磷烯的边界结构大多数是理想边界或在理想边界的基础上进行原子的简单重排,而缺乏对黑磷烯边界结构势能面的有效搜索。通过分子动力学模拟、边界原子位置的手动重排等模拟手段虽然可以获得一些简单的边界结构,但是无法实现对黑磷烯边界结构系统地研究,不能获得真正稳定的边界结构。到目前为止,仍然缺乏对黑磷烯边界重构的全局搜索研究。本文中采用第一性原理方法结合粒子群优化（PSO）算法,对典型二维材料黑磷烯边界结构进行了全局搜索研究。预测并探索了黑磷烯潜在的边界重构,与以往基于简单模型的边界研究不同,我们在计算中充分考虑了黑磷烯边界局部磷浓度对边界稳定性的影响,获得以下创新性研究成果:1.首次基于边界形成能量和局部磷浓度建立了三个黑磷烯典型边界结构（锯齿边、扶手椅边和斜对角边）数据库。确定了多种具有全局稳定性的黑磷烯边界结构。2.确定了黑磷烯的边界结构稳定性与局部磷浓度的内在关系。随着磷浓度的增加,边界形成能的变化趋势呈现出明显的奇偶效应,尤其是对于锯齿边和斜对角边的边界结构奇偶效应更加明显。局部磷浓度对特定黑磷烯边界的出现起着重要的作用。3.揭示了黑磷烯边界重构的成键机制。边界磷原子趋向于通过σ（sp~3,sp~3）键与三个最近邻的磷原子成键或者通过形成P=P双键来平衡边界处的悬挂键,从而提高黑磷烯边界的稳定性。此外,在较高局部磷浓度下,类团簇、类纳米管状边界结构更容易形成。4.确定了最稳定的两个锯齿边、扶手椅边和斜对角边的能带结构,发现重构的边界可以导致黑磷烯纳米带呈现半导体特性。黑磷烯边界数据库的建立为研究边界结构决定黑磷烯纳米材料的奇异特性和实际应用提供了数据支持,同时也为其它具有蜂窝状褶皱结构二维材料的边界研究提供了有益的参考。