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近年来，纳米科技已发展成为各个领域的前沿技术，其中低维、多铁、复合等新型纳米材料以其丰富而又新颖的物理特性，在未来的电子、能源、功能材料等诸多方面有着巨大的应用潜能。为了更好地实现它们的应用，对这些材料的理论和实验探索非常重要。本文一方面借助计算机模拟和第一性原理，计算了低维半导体材料（石墨炔、硅炔）和多铁材料（锰酸铋）的优化结构、弹性特征以及电子结构等基本特性;另一方面通过实验，探索了通过柱撑技术合成的复合纳米材料应用于环境工程中有害气体无害化处理的可行性。 具体内容包括以下几个方面: （一）计算了Graphdiyne的力学性质和电子能带结构。 对力学性质的研究显示:Graphdiyne的泊松比为0.453，面内刚度为7.6eV/(A)2，略小于Graphyne的面内刚度。然后对电子能带结构的研究显示:HSE06杂化泛函计算的带隙值1.12eV，比GGA-PBE计算的带隙值0.47eV要大一倍以上。最后，通过均匀应变对Graphdiyne带隙的调控研究显示:在-0.05到0.06应变范围内，Graphdiyne始终保持直接带隙，应变越大，带隙变化越大;应变ε在-0.01到0.01范围内，体系发生简谐弹性形变;当应变ε超出该范围，体系发生非简谐弹性形变。 （二）计算了多层石墨炔异构结构的稳定性和电子结构。 我们提出了四种可能的β型石墨炔多层异构结构（AAA一种，ABA三种），并对各结构总能量、带隙以及态密度分布进行了比较，比较后发现，通过多层异构结构可以使原二维β型石墨炔的半金属性向金属性转变。发生这种转变的原因主要是因为不同叠加排列影响了叠加方向上库仑排斥力的大小。库仑排斥力作用越强，费米能级附近的能带简并度就越低，价带顶和导带底越容易越过费米能级，使得构型结构越容易出现金属特性。对所有β型石墨炔多层异构结构的稳定性计算发现，所有构型的键能都能达到石墨的90％，说明这些构型完全有可能稳定存在于自然界中。 （三）提出了“硅炔”结构。 通过第一性原理计算研究了类石墨炔但却不具有石墨炔平面结构的“硅炔”褶皱结构和电子结构。“硅炔”的晶格常数是9.5(A)，“硅炔”中连接相邻两个六角硅环间的成键类型是-Si≡Si-。“硅炔”的键能约占硅烯的90％，且稳定的硅烯已经被成功制备，因此如果“硅炔”被制备出来，是很有可能稳定存在的。“硅炔”是间接带隙，带隙值为0.73eV(HSE06)。我们认为:“硅炔”将拥有比石墨炔更高的表面活性能;吸附客体原子后将成为更稳定的半导体材料;未来“硅炔”的表面修饰对于调节“硅炔”能带特性及设计纳米材料器件具有重要意义。 （四）计算了正交相BiMnO3的结构、磁矩、弹性以及电子能带结构。 我们预测正交相BiMnO3的实验值约为1.2eV。在沿c轴-0.025到0.055的形变范围内，正交相BiMnO3的磁矩始终保持3.9μB，B/G比值始终超过1.75，保持了良好的延展性和韧性。此外，我们发现在施加压缩应变过程中，压缩应变范围-0.019～-0.018eV内，正交相BiMnO3发生了由间接带隙向直接带隙转变的过程。 （五）实验上探索了二氧化钛柱撑二硫化钼结构在环境工程中的应用 我们基于半导体材料的光催化特性，使用柱撑技术将二氧化钛和具有层状结构的二硫化钼制备成二氧化钛柱撑二硫化钼复合材料，应用于对二恶英分子的光催化降解。首先，我们分析了实验条件对光催化降解效率的影响，得出了最优实验条件组合:催化剂浓度10mg/l，煅烧温度150℃，反应温度60℃，pH值7.0，光强2.5mw/cm2。然后，我们将二氧化钛柱撑二硫化钼复合材料应用于对实际飞灰样品中二恶英分子的处理，结果表明:这种处理方式成本低、污染少、容易普及并且效果较好，具有易操作和广泛应用的特点。