本文采用基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法相结合的第一性原理计算,研究了几类分子尺度器件的电子结构和输运性质。我们对影响分子器件电子输运性质的一些重要问题进行了深入研究,如：分子与电极之间的电荷迁移、分子轨道的共轭性、原子掺杂、侧基团取代效应等；另外,我们还从理论上提出了功能化分子器件设计的构想,如DNA快速测序传感器、P-N结器件等,得到了如下一些有意义的研究结论：研究了C60,C59N和C59B三个分子结的电子输运性质。结果显示这三个分子器件都表现出类金属的输运性质。在低偏压下,引入的给体原子N和受体原子B都削弱了C60的电子输运,特别是B原子掺杂对电子输运有重要的抑制作用。在正负0.6V至1.0V偏压范围内,C60和C59N分子结的电子输运性质被明显抑制,且在此偏压范围内C60出现了负微分电阻效应,C59B的电流则随偏压升高而显著上升,它和C59N都没有出现负微分电阻现象。我们的这些研究结果表明原子掺杂能增大HLG (HOMO LUMO Gap)并改变分子轨道能量,导致分子轨道与电极之间的耦合变化,从而显著改变分子结的电子输运性质。研究了以TTF为中心的分子链连接在两个半无限长金电极间组成的“电极一分子一电极”双探针体系的电子输运性质。考察了结构扭转与侧基团效应对分子器件电荷输运性质的影响。研究发现,结构扭转和侧基团的取代都能改变分子轨道的共轭性,从而导致分子导电性质的改变。当分子中所有的原子处于同一平面上时,分子轨道具有很好的共轭性,从而表现出良好的导电性质。而当一端的苯环发生扭转时,分子轨道的共轭性被破坏,电荷输运通道被抑制,导电性降低,即产生了明显的从“开”到“关”的分子开关效应。另外,当TTF中心被给体基团和受体基团取代以后,我们发现,给体基团有利于分子器件的导电性,而受体基团的影响很小,会略微减弱分子器件的导电性。研究了边界含V形缺口的锯齿型石墨烯纳米带分子结的自旋相关电子输运性质,考虑了边界分别为扶手椅型和锯齿型V形缺口的对称型和非对称型锯齿型石墨烯纳米带的影响。研究结果表明,考虑自旋极化时,所有的体系都呈现半导体属性；当在边界引入V形缺口时,电流明显减小,且自旋向上的电流和自旋向下的电流呈现出不同的性质。特别的,这种电流削减作用对非对称体系5-Z的影响要大于对称体系4-Z。对于边界含锯齿型V形缺口的体系,随着偏压的增大其输运系数受到抑制从而出现负微分电阻效应。设计了一种含缺口的石墨烯纳米带DNA快速测序传感器。我们研究发现,碱基分子腺嘌呤(Adenine)、鸟嘌呤(Guanine)、胞嘧啶(Cytosine)和胸腺嘧啶(Thymine)与缺口的相互作用对石墨烯纳米带器件的电荷输运性质有一定的影响。在特定的偏压范围内,吸附不同的碱基的分子器件之间的输运性质差别会十分明显,这是由于碱基分子与石墨烯纳米带之间的弱相互作用部分地改变了分子轨道的分布,当分子轨道进入偏压窗口内对电荷输运起作用时,这种分子轨道之间的差异就会转换为对电导的不同贡献,从而达到鉴定不同碱基的目的。研究了两种石墨烯纳米带异质结器件的电荷输运性质,得到了一些对设计实际功能化分子尺度纳米器件,如P-N结器件、分子开关器件等有一定参考价值的研究结论。首先,我们考虑了扶手椅型石墨烯纳米带由两种不同宽度的带连接构成的异质结的电荷输运性质,我们发现异质结的输运性质与纯的石墨烯纳米带的电子结构相关,当带宽为3N的带与带宽为3N+2的带连接时,导电性最好,而与3N+1的带连接时导电性最差；并且,在特征偏压下,相同数值的正负偏压所产生的电流值大小相差可以达到接近一个数量级,具有明显的不对称性；另外,当宽窄不同的扶手椅型石墨烯纳米带连接在中央时比连接在边缘时导电性要好。其次,我们研究了被受电子基团NH2和给电子基团NO2边缘取代的锯齿型石墨烯纳米带异质结器件的输运性质。我们发现,当对称的锯齿型石墨烯纳米带Z4所构成的异质结器件具有明显的单向导电性,呈现出P-N结效应；而非对称的Z5构成的异质结器件则可以观测到负微分电阻效应。预计这些有趣的研究结论能为将来设计实际的功能化分子器件提供理论支持和研究依据。