现代材料学中,低维纳米材料被广泛应用在集成光路以及光电器件中。最近几年,以过渡金属二硫化物（TMDs）为代表的二维（2D）材料及其制备的器件显示出了非常优异的性能和广泛的应用前景,因此2D材料迅速成为研究的热点领域。尽管如此,从器件结构的设计优化到材料器件的制备工艺依然存在一些问题,而进一步设计具有高量子效率的过渡金属二硫化物2D材料器件也是学术研究和推进其产业应用的重要方向之一。设计这一类器件时,准确的电子性质和光学参数必不可少。典型的2D材料的光学参数不是各向同性,而是具有在各向异性的特点。并且不同种类2D材料垂直堆砌到一起,形成异质结构之后,两种材料不再保持其原有的电子结构和光学性质,相应的参数也将发生变化。因此,本文以第一性原理中密度泛函理论（DFT）计算为研究手段,一方面设计了若干具有潜在电子结构和光学性质的可调控多功能垂直异质结（范德瓦尔斯异质结构:van der Waals Heterostructure,vd WH）,另一方面针对异质结中相关常规调控手段（如应变,外加电场或插层方式）进行了相应的研究分析。本文的具体研究内容和成果如下:（一）采用DFT对多层vd WH Hf S2/Mo Te2异质结构进行了模拟。在垂直于2D平面的单轴应变作用下,异质结表现出从半导体到金属的转变。异质结的载流子有效质量和光学性质也可以在外应变下进行调制,表明异质结具有良好的压电效应。（二）基于DFT计算,研究了TMDs-ReX2（X=S,Se）形成的垂直异质结构的能带结构和光学性质。在改变外加电场的过程中,异质结的带隙表现出可调性。此外,ReS2/ReSe2异质结构在近紫外光区表现出良好的光吸收特性。为基于TMDs的新型vd W异质结构的设计提供了一种有效的方法,并探索了其在光学器件中的应用。（三）我们用第一性原理计算系统地研究了插层结构的vd W三层三明治异质结构的电学和光学性质。通过在WSe2/Sn S2双层之间插入2D单层材料（ML=石墨烯graphene和氮化硼BN）,形成各种WSe2/ML/Sn S2三明治结构。对于不同的WSe2/ML/Sn S2三明治结构,具有不同的带隙和性质。三明治结构的光学吸收率比双层结构的高,主要适合于高效吸收紫外光及近可见光。本文的结果和结论对设计新型2D材料和异质结构有一定的指导意义,并且对设计基于2D材料及其异质结构的光电探测器及集成光学器件具有重要的理论参考价值。