本文主要基于第一性原理开展了分子导线的设计与电学性质研究,重点考察了多金属核与构象可控的分子器件中电荷输运性质与其结构的关系,研究了其中的微观机理。并对其在分子整流器,分子开关和气体传感器中的应用进行了初步的探讨。主要内容如下：1.首次设计了一系列金属原子络合分子导线与双金属原子络合分子器件,并研究了其电荷输运性质与结构的关系,发现金属原子对分子导线的电导有显著的调控作用。双金属原子络合分子导线出现了明显的整流性质,且在一定电位范围出现极性翻转。2.设计了氨基和硝基取代的巯基偶氮苯分子开关,研究了分子构象变化对分子电导的影响。研究表明该分子存在两种稳定的构象,而两种构象下具有不同的分子电导,可以将这种构象的互变产生的电导变化应用与新型分子开关的设计。3.研究了4,4′-二硝基-2,2′-联巯基吡啶(BPDN)分子电荷输运性质,从分子本身构象变化的角度理论上解释了实验中发现的BPDN双稳态电导现象。4.设计了聚卟啉类石墨烯二维材料,分别研究了不同磁性金属离子络合条件下的电子输运性能与磁性的变化。在此基础上研究了磁性金属离子络合聚卟啉类石墨烯二维材料吸附NO气体分子前后材料磁性的变化,并将其作为气体传感器来检测NO气体。