纳米线是一类新兴的功能材料。量子受限效应和高表面-体积比赋予了纳米线新奇的物理性质和丰富的应用。本文基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法对几类功能纳米线的结构设计和电、热输运性质进行了理论研究，包括硅纳米线的半金属性、碳化硅纳米线的热电性质、氧化锌纳米线的光电化学响应和气敏传感性能。本研究主要创新性结果包括：　　 ⑴发现由氢原子钝化的带有多个对称悬挂键和中心掺杂硼的[100]晶向极细硅纳米线能够得到100％自旋极化的半金属性基态，并且半金属性在外加电场下相当稳定。对应不同情况的表面悬挂键，氢原子钝化的硅纳米线还可以成为铁磁性或反铁磁性的半导体。这些发现不仅为构筑不含金属原子的半金属型硅纳米线提供了一条可能的途径，也为通过表面悬挂键调控纳米线跟自旋相关的性质带来新的亮点。　　 ⑵发现对于立方闪锌矿结构[111]晶向掺杂了氮和缺陷的碳化硅纳米线，热电优值系数ZT能够通过掺杂氮并制造硅缺陷而得到显著提高。为了得到更大的ZT，首先找出了能量上最稳定的结构。发现当氮杂质被限制在中心并有少量硅缺陷在棱角时最有利于n型纳米线的ZT，而有少量硅缺陷扩散到表面边缘时最有利于p型纳米线的ZT系数。对于直径1.1 nm、长度4.6 nm的碳化硅纳米线，n型的ZT值在900 K时能够达到1.78。也讨论了在更长的碳化硅纳米线中获得更高ZT值的条件。　　 ⑶通过研究共掺杂的氧化锌纳米线的结构和光学性质并与氧化锌块体和薄膜的性质比较，发现跟氮相关的杂质的低负电荷基态在光吸收谱的“尾巴”中起了关键性作用，能够显著缩减带隙并增强光电化学响应。提出了一种在氧化锌纳米线中非互补共掺杂氮、磷、镓的方案，能够比单独掺杂氮产生更大的光吸收谱红移，并且对应一个获得高掺杂浓度和受压制的复合率所需的合适结合能。这样，对可见光的吸收得到了改进，光电流也得到了提升。这些发现与已有的实验相吻合，有助于改进宽带隙半导体的光电化学响应，尤其在光解水方面得到应用。　　 ⑷通过研究表面有氧分子吸附的极细氧化锌纳米线气敏传感器的结构和电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性，发现了O2分子被吸附的两种吸附模式。在两个金电极之间的极细短长度氧化锌纳米线的模型中，发现当Fermi面穿过导带时，电流一般都会随着O2覆盖度的增加而减小，这与实验上的传感原理一致。还发现单独吸附的低覆盖度的O2会带来良好的传感性能，而配对吸附的O2会降低不同覆盖度的O2的区分度并且缩窄工作偏压的范围，这是由于被吸附的配对的O2分子在导带底部形成的杂质能带的作用。这些结果重现了氧化锌纳米线气敏传感器的工作机制，有助于对氧气相关气体传感性能的改进。