鉴于日益严重的能源危机与环境污染,人们迫切需要绿色清洁的新型能源来满足日常生产生活所需。纳米材料具有优异的电学、光学、机械性能,低维纳米材料的研究为新型能源发展开辟了新道路。本文探究了低维纳米材料在氢能源以及压电等清洁能源领域的应用,并做出了一些成果。（一）以纳米材料作为光催化剂吸收太阳光催化制氢（H2）是一种具有美好前景的产生新能源的技术。本文使用第一性原理方法对有机纳米材料锌卟啉硼二吡啶（Zn PP-BDP）催化的水解反应进行了系统研究,对于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）从能量反应路径、电子自旋态密度、势垒转移、质子转移等方面进行分析,从而总结出有机卟啉分子对水分子的作用规律,结论如下:质子耦合电子次序转移机制在光催化水解过程中起到关键的触发作用,随着电子转移过程发生,H2O/Zn PP体系失电子态体系形成,从而触发水分解过程。最高分子占据（HOMO）和最低分子非占据（LUMO）轨道分别分布在Zn PP和BDP上。对于Zn PP上的OER步骤,两个氢质子从水中解离的解离能为-1.06和-0.95 e V,都为放热反应,然后形成O/Zn PP体系。O/Zn PP体系上吸附的第二个H2O分子可以提供额外的氧原子,从而生成自由O2,反应势垒为1.22 e V。在BDP上的HER过程,从OER过程中分离的氢离子被BDP捕获,生成自由H2,释放2.24 e V能量。整个光催化水解过程无污染,可持续,Zn PP-BDP可以通过势垒转移连续催化水解从而分离出自由H2和O2。本文对于设计清洁、可循环的光解水催化剂,以及绿色、高效的仿生光合作用系统具有重要的指导意义。（二）产生清洁能源的方式不仅包括太阳能催化产氢,还有另一类重要的能量转换方式,即机械能转换成电能,二维纳米压电材料作为新型能源材料可以实现该过程,并且无污染,可持续。本文对二维IV-V（IV=Si、Ge和Sn;V=N、P和As）主族化合物纳米压电薄膜以及在此基础上设计的新型Janus X2PAs（X=Si、Ge和Sn）纳米压电薄膜进行了结构、电子、力学和压电性质研究,总结了不同原子组合对电子分布的作用,进而影响材料压电性能:二维IV-V（IV=Si、Ge和Sn;V=N、P和As）族化合物具备半导体带隙,范围为0.89～2.72 e V。弹性系数结果表明,除Si N外,其余IV-V族化合物机械性能柔韧,其中,第IV主族磷（P）化物和第IV主族砷（As）化物纳米薄膜的杨氏模量低于Mo S2（Y=124.5 N/m）。由于水平方向反转对称性的缺失从而引起二维IV-V主族化合物纳米薄膜面内压电效应,且压电系数值随着主族元素变化存在周期性。二维Janus X2PAs（X=Si、Ge和Sn）纳米薄膜结构在动力学和热力学上稳定,它们的机械性能柔韧并且同时具备面内和面外压电效应。其中,Janus Sn2PAs纳米薄膜具有最大的面外压电系数值|d31|（1.42 pm/V）,该数值是已知的Mo SO纳米薄膜（0.7 pm/V）数值的两倍。X2PAs纳米薄膜的原子分布以及电荷分布在面外方向上反转对称性缺失,从而引起了二维X2PAs材料产生显著的面外压电性。本文提出的二维压电IV-V族化合物及Janus X2PAs纳米薄膜具有优异的柔韧性和良好的面内压电性能,特别是Janus结构存在显著面外压电性。因此,此类材料在能量采集器、纳米发电机和应变传感器等领域具备潜在应用前景。总而言之,本文探究的纳米光催化材料和压电材料在能量转换过程中具有重要作用。有机纳米光催化材料Zn PP-BDP具备理想的光催化制氢特性,在质子耦合电子次序转移以及势垒转移机制作用下卟啉分子可以实现对水分子的分解,整个过程绿色环保、可持续。同样地,纳米压电材料同样可以产生清洁能源,本文探究了二维IV-V族化合物及不同原子组合的Janus X2PAs纳米薄膜材料具有非对称电子分布从而引起显著面内（面外）压电性能,这为它们在能量采集器、纳米发电机等应用提供了巨大的机会。本文的两种能量转换过程有一些共同的特点:（1）都是把自然界中的不容易储存和使用的能量,转换为容易储存和使用的能量;（2）都是清洁高效的绿色能源,没有环境污染,并且可持续。此外,本文为低维纳米新能源材料的设计、理论和应用研究提供了新的思路。