随着微电子工业的发展，传统硅基半导体器件的体积越来越小，集成电路芯片上元件的集成度也越来越高。当器件的特征线宽小到几个纳米时，将会遇到许多物理定律的限制，材料的物理和化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作。分子电子器件被认为是替代传统硅基器件的可能方案之一。分子电子器件的结构和电子输运规律与传统器件存在巨大的差别。在分子电子器件中，特性更倾向于受分子结构的控制。近十年来，该领域取得显著的进展。某些模型分子表现了开关、存贮和整流功能。但其性能和稳定性等距离实际应用还很远。尤其是有机分子与其他电路元件的连接更存在巨大的困难。因此分子电子器件能否最终实现还存在很大争议。只有通过深入的电子传递的基础研究，更清晰地认识分子水平电子输运的问题，才能为最终解决这些争议提供答案。　　 在目前研究的众多分子器件中，分子整流器是最早开始研究也是发展较为成功的器件之一。目前设计的分子整流器件绝大部分都是基于Aviram和Ratner在1974年所设计的电子给体-分子桥-电子受体模型，但这些分子整流器的整流效率并不高。相比于传统整流器p-n结数万的整流比，分子器件的整流比大多数还停留在个位数，这主要源于分子器件有限的长度及有限的电阻。依照R-A模型，在反向偏压施加于分子整流器时，系统中应当像宏观半导体整流器一样没有电流通过。然而由于分子桥部分的长度有限，热电流和漏电流等影响较大，而且分子桥自身的势垒并不是很大，阻碍电子通过的能力较弱，这些原因导致了在负向偏压下通过分子的电流很大，分子整流器的整流效率远低于传统半导体整流器。　　 为了开发新型高效分子整流器，我们从最初的R-A模型出发，对D-σ-A模型进行改进。在这里我们进行了两个方面的尝试。　　 首先，为了降低整流体系的电导，提高分子整流器的整流效率，我们把两个R-A二极管进行串联，试图叠加两个R-A二极管整流效果。计算结果显示，串联使该整流器的电导下降约50％，同时更显著的特征是在开关电压以下时，通过分子的电流降低到了接近零的水平，这与宏观半导体二极管的性质极为相似，在整流偏压区间，该整流器的整流比可达到100，比组成这个串联系统的R-A二极管高20倍。经过透射谱分析，整流过程中的电子通道也发生改变。　　 然后，我们还设计了正负电荷中心分离型的分子整流器件。目的是通过正负电荷中心对电子的作用而使电子在负偏压下的导通受到阻碍。计算结果显示，作为我们计算模型的茂并芳庚分子没有显示出明显的整流特性。　　 最后，我们还对石墨烯这种对于未来分子电子器件及纳米电子器件发展有着重要意义的分子进行了电子输运性质的计算。我们考虑到石墨烯在使用中可能受到自然环境中气体分子的影响，计算了不同情况下水分子吸附在石墨烯表面对石墨烯的电子输运性质造成的影响。