石墨烯(Graphene)是一种新型碳材料，其晶格结构是由碳原子按照六边形排列而成的单层二维结构。近年来科学家通过对石墨烯的研究发现其具有许多特殊的优良性能，主要包括：1、较高的载流子迁移速率，室温下石墨烯的载流子迁移率高达2×105cm2/Vs，约为硅材料的100倍；2、较低的电阻率，约为10-8Ω cm，比银电阻率(1.65×10-8Ω cm)还要低；3、优异的机械性能，4、高导热率，能够达到5300W/mK，是银导热率(420W/mK)的12倍。这些优良的性能使石墨烯在很多领域(包括电子元器件、传感器、电容器、太阳能电池等)都有着非常广阔的应用。但制备无杂质和零缺陷的石墨烯还有一定的困难，大批量投入实际应用尚存在一定的距离。因此，为实现并进一步拓宽石墨烯的应用领域，继续优化石墨烯的制备工艺已成为亟待解决的难题。石墨烯是零带隙的半导体，拥有良好的吸附性能，能够吸附很多种类的原子(如氢原子、氟原子、氧原子等)，碳原子与吸附原子的相互作用以及吸附原子带来的外来电子致使石墨烯打开带隙并呈现磁性。这种性能使石墨烯应用到自旋电子器件领域成为可能。基于此，本文采用密度泛函理论第一性原理计算方法，通过石墨烯吸氢产生自旋干涉的现象，发现石墨烯的自旋密度在“光栅”氢和“探针”氢的作用下形成规则的干涉条纹。这一规律可以用作自旋信号发生器以及自旋存储器。本论文主要结论如下：1：氢吸附对石墨烯自旋密度的调控。本文通过CASTEP对吸附氢栅的石墨烯进行几何优化发现：(1)吸附氢栅的石墨烯其空间结构发生了起伏，同时能带也发生了变化，带隙从零变为0.214eV。通过分析自旋密度，可知此时石墨烯呈现出铁磁性质。(2)在氢栅附近吸附一个氢原子(“探针”氢)，发现自旋密度在石墨烯上重新分布，并且在氢栅附近能够观察到明显的自旋干涉条纹。同时“探针”氢的位置能够调制自旋干涉条纹。2：利用基于密度泛函理论的DFTB+紧束缚计算方法，我们研究石墨烯纳米带(graphene nanorribbon)的电输运性质，以及石墨烯纳米带吸附不同原子的电输运性质。可以得出石墨烯纳米带吸附不同的原子所引起的透射谱和电子态密度是不同的，可用来识别所吸附的原子。3：β葡萄糖分子开环的计算研究：卤素轰击。基于第一性原理分子动力学，我们采用卤素轰击β葡萄糖分子，导致开环形成链醇。最后，对本论文的研究工作进行总结。