表面等离子体共振（Surface plamon resonance,SPR）是光与表面等离子体相互作用时发生的一种共振现象。SPR对介质周围的环境变化异常敏感,基于SPR的光学传感器由于其高灵敏度、免标记、实时、快速、在线检测等优点,已被广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。然而提高SPR传感器的灵敏度和检测精度一直以来都是该领域研究的热点。近十多年以来,一些先进二维材料如石墨烯、过渡金属化合物、金属碳化物和金属氮化物材料等由于其优良的电学和光学特性,使得其被广泛应用于制作晶体管、光电探测器和光学传感器。与传统材料相比,它们在诸多方面有优异的性能,如强度高,表面积比大,吸附性,原子级厚度。这些新型二维材料的引入,可以直接而有效地提高SPR传感器的性能。本文提出了分别利用两种二新型维材料（具有天然异质结的Franckeite和金属碳化物Ti2C MXene）来提高SPR传感器的灵敏度,并且展开了其在重金属检测方面的应用。具体的研究成果如下:（1）提出了一种基于天然异质结材料弗兰克石（Franckeite）的角度调制型SPR传感器。与人工堆叠的异质结构相比,弗兰克石具有带隙窄、结构稳定等独特的优势。所提出的结构理论上能够获得高达188°/RIU的灵敏度,这与传统的SPR生物传感器相比增加了62%。因此,作为一种自然条件下稳定的二维材料,我们认为弗兰克石在SPR传感器领域具有巨大的应用潜力。（2）提出了一种基于金属碳化物（Ti2C MXene）纳米片修饰的波长调制型SPR传感器。实验结果表明,该SPR传感器的性能与二维Ti2C纳米片的厚度密切相关,最大波长灵敏度达到了3579.6 nm/RIU,相比不带Ti2C覆盖层的SPR传感器结构高出了79%。此外,由于Ti2C MXene丰富的表面活性,该SPR传感器能够用于低浓度的重金属离子检测。结果表明,对于三种不同的重金属离子(Pb2+,Cr2+和Hg2+),最大的浓度灵敏度分别达到了3.788 nm/μg/L,5.308 nm/μg/L和3.233 nm/μg/L,相应的检测极限为79.2 ng/L,56.5 ng/L和92.8 ng/L,低于国际医学标准。