In the context of the climate crisis due to human activities and the rapid increase of greenhouse gas emissions, renewable energy sources, such as solar and wind power systems, are promising solutions. Therefore, efficient technologies for storing electricity produced from these sources are essential. Among the various energy-storage devices, the lithium-ion battery (LIB) has been a leading option since entering the market in 1991. Nevertheless, it is crucial to develop rechargeable batteries beyond LIBs to meet the world's increasing demand for renewable energies. In this sense, two-dimensional (2D) materials have emerged as excellent candidates for applications in batteries. Therefore, this thesis presents an ab-initio investigation on the physical properties of 2D diamond-like functionalized nanosheets, performed in the framework of density functional theory. Herein, we explored the physical properties of diamond-like graphene nanosheets functionalized with nitrogen and boron atoms. Moreover, we investigated the diamond-like silicene nanosheets surface-doped with boron, nitrogen, aluminum, and phosphorus atoms. We predicted nanosheets with interesting physical properties that could possibly be applied in alkali metal ion batteries (AMIBs), van der Waals heterostructures, and ultraviolet light or thermoelectric devices. In particular, we studied and demonstrated the aluminum-functionalized silicene nanosheet is a promising candidate for AMIBs anodes, mainly for sodium and potassium ion batteries. This material remains stable up to about 600K and presents properties, such as surface diffusion barriers and specific capacity, similar to commercial anode graphite.

No contexto da crise climática devido às atividades humanas e ao rápido aumento das emissões de gases de efeito estufa, as fontes de energia renováveis, como os sistemas de energia solar e eólica, são soluções promissoras. Portanto, tecnologias eficientes para armazenamento da eletricidade produzida a partir dessas fontes são essenciais. Entre os vários dispositivos de armazenamento de energia, a bateria de íons de lítio (LIB) tem sido uma opção líder, desde que entrou no mercado em 1991. No entanto, é crucial desenvolver baterias recarregáveis além das LIBs para atender à crescente demanda mundial por energias renováveis. Nesse sentido, materiais bidimensionais (2D) surgiram como excelentes candidatos para aplicações em baterias. Portanto, esta tese apresenta uma investigação ab-initio das propriedades físicas de nanofolhas do tipo diamante 2D funcionalizadas, realizada no âmbito da teoria do funcional da densidade. Aqui, exploramos as propriedades de nanofolhas de grafeno do tipo diamante funcionalizadas com átomos de nitrogênio e boro. Além disso, investigamos as nanofolhas de siliceno do tipo diamante dopadas com átomos de boro, nitrogênio, alumínio e fósforo. Notavelmente, previmos nanofolhas com propriedades físicas interessantes e possíveis aplicações em baterias de íons de metal alcalino (AMIBs), heteroestruturas de van der Waals e dispositivos de luz UV ou termoelétricos. Em particular, estudamos e demonstramos que a nanofolha de siliceno funcionalizada com alumínio é uma promissora candidata para ânodos de AMIBs, principalmente para baterias de íons de sódio e potássio. Este material mantém-se estável até cerca de 600K e apresenta propriedades, tais como barreiras de difusão superficial e capacidade específica, semelhantes ao grafite anódico comercial.