磷烯是一种具有褶皱蜂窝层状结构的二维材料,有着优异的光、电、磁等性能,在半导体、光催化、电化学储能等领域有巨大的应用潜力。然而磷烯在空气或水中会因为严重的表面氧化而导致结构不稳定,极大地限制了其实际应用。研究表明,将磷烯与另一种具有良好化学稳定性的二维基体材料(如石墨烯)结合形成二维异质结可有效抑制磷烯表面氧化。与本征石墨烯相比,氮掺杂石墨烯通过不同类型的氮掺杂可实现对石墨烯性能的精细调控从而获得更好的光电性能,高的表面反应活性和良好的生物相容性等,从而为其实际应用提供更多潜在可能。本文针对二维氮掺杂石墨烯/磷烯异质结的力学性能及储钠行为进行了系统地研究,主要工作和内容如下:(1)从理论上设计构建了四种类型的二维磷烯/石墨烯异质结,分别由本征石墨烯及三种常见类型的氮掺杂石墨烯(石墨型氮掺杂石墨烯、吡啶型氮掺杂石墨烯、吡咯型氮掺石墨烯)与磷烯异质组成。通过第一性原理计算,对构建的四种异质结的几何结构、电子性质、力学性能进行了系统地研究。计算结果表明,四种二维异质结都具有良好的结构稳定性,同时各异质结继承了石墨烯基底优异的力学性能。相比于本征石墨烯/磷烯异质结,由于氮原子的掺杂改变了本征石墨烯本身的电子结构,氮掺杂石墨烯/磷烯异质结的导电性能得到了提升。力学性能上,四种异质结表现出不同程度的各向异性,其中石墨型氮掺杂石墨烯/磷烯异质结的杨氏模量最大,为435.65 N/m,本征石墨烯/磷烯异质结的极限强度最大,为47.94 N/m。(2)探究四种异质结的电化学储钠性质,分别对它们进行了钠的吸附能计算及扩散性能计算。吸附能计算结果表明吡啶型石墨烯/磷烯异质结以及吡咯型石墨烯/磷烯异质结对钠有非常高的吸附活性;扩散性质的研究表明磷烯的存在降低了钠在几种氮掺杂石墨烯表面的迁移能垒,使得钠在石墨烯表面的扩散速度更快。此外钠原子在四种异质结层间的吸附能比在异质结表面的吸附能更强。钠在吡啶型氮掺杂石墨烯/磷烯异质结以及吡咯型氮掺杂石墨烯/磷烯异质结层间的迁移能垒要比在各自的石墨烯表面的迁移能垒要低。