分子电子学作为电子纳米科学的重要分支,是微电子学发展的一个非常重要的阶段,也是一个多领域交叉的学科,它是在分子水平上探讨分子在电子学领域的应用。随着实验技术水平的不断提升,以及量子输运理论的不断发展和成熟,分子电子学得到了迅速发展。科研工作者的研究对象也从最开始的有机分子,发展到无机化合物,甚至是生物蛋白等,研究内容也在逐渐丰富。伴随着相关技术的成熟发展,相应的理论研究促进了分子电子学在实际中的应用。通过量子输运理论在分子水平上进行模拟,可以更深入的了解电子传输的基本过程。探究器件性质与分子结构性质之间的关系,是寻求性能更优越,功能更强大的分子电子学器件的重要手段。硅作为集成电路中的基本元件,在微电子革命中有重要作用,从而被广泛认为是20世纪最重要的材料之一。硅基纳米电子学与硅基微电子工艺可以很好的兼容,因此,硅纳米材料在纳米技术中尤为重要。硅纳米带和硅纳米管是硅材料家族的重要成员,近些年来在实验合成和理论计算方面得到了广泛的关注。硅烯纳米带,与石墨烯纳米带相似又很不同,因此也成为科研者追逐的热点。虽然目前对单壁小尺寸的硅纳米管的制备仍然需要更多努力,但是对他的电子结构和潜在的性质及应用的研究已经开展。而他们在分子电子学领域的发展也成为一个重要的研究方向。多金属氧酸盐(简称多酸,POMs),是一类种类丰富的多金属氧簇化合物,由于其独特而优越的物理和化学性能,已经在许多领域得到广泛应用。多酸是一个很大的电子储库,容易接受电子。当多酸与有机配体连接时,有机配体和多酸之间有明显的电荷转移,形成具有给体-受体模型的有机-无机杂化材料。这种多酸基杂化材料具有很好的非线性光学(NLO)性质。目前,多酸的非线性光学已经成为多酸化学研究的一个重要方向。通过量子化学的手段对体系的NLO系数进行评估,揭示结构与性质之间的关系,是多酸非线性光学理论研究的重要内容。本论文采用密度泛函理论(DFT)与非平衡格林函数(NEGF)相结合的方法研究了硅烯纳米带的扭转形变对量子传输性质的影响,并对比研究了硅纳米管和碳纳米管的传输性质。此外,采用DFT与含时密度泛函理论(TDDFT),结合有限场方法,对Lindqvis型钼酸盐和Keggin型钨酸盐衍生物的NLO性质进行了理论探讨。论文内容包括六个章节,第一章为前言,包含分子电子学简介,硅基材料发展,以及多酸NLO性质的介绍和发展。第二章为论文的计算方法。第三至第六章是论文的主要内容:(1)采用DFT与NEGF相结合的方法,在理论上分析了扭转形变对散射区的中心分子11-ASi NRs硅烯纳米带的电子传输性质的影响。结果表明,散射区的扭转形变对输运性质的影响很小。从0o到60o的形变,体系的透射系数几乎不变。通过I-V曲线的计算说明,与θ=0o体系相比,θ=90o和θ=120o体系的电流仅下降了8%和22%,说明其具有十分稳定的电子传输性质。理论预测了硅烯纳米带在形变电子学领域的潜在应用。(2)采用DFT与NEGF相结合的方法,通过以银为电极的双探针模型,对比研究了之型和扶手椅型的硅纳米管(Si NTs)和碳纳米管(CNTs)的电子传输性质。在高偏压下,扶手椅型的Si NTs拥有的电荷输运能力是相应的CNTs的两倍。从整体的输运性质来看,两种类型的Si NTs都是导体,金属管C(3,3)和C(6,0)在低偏压区表现出很好的传导特征。在高偏压区,Si NTs表现出更优异的传输性能,有希望成为当代微电子以及纳米电子硅芯片的潜在材料。其主要原因是Si的3p轨道具有高能量,高的离域特征,以及导带和价带之间小的能隙。(3)采用DFT和TDDFT方法,设计研究了光致异构化调控的,基于DTE连接的二维Λ型和W型[Mo6O19]2-衍生物的NLO性质。理论计算表明,分子中DTE从开环到闭环的光致异构化过程可以实现NLO系数的调控,这是因为具有近平面结构的闭环体系有更好的π共轭特征,有利于提高NLO系数。TDDFT计算进一步揭示了分子的电子跃迁性质。开环闭环之间的NLO系数的巨大差距,使这类化合物可能会成为有潜力的NLO开关材料。(4)基于实验合成的化合物,采用DFT和TDDFT方法,理论研究了单电子氧化对金属席夫碱修饰的Keggin型磷钨酸盐衍生物的NLO性质的影响。通过计算Fukui函数,验证了化合物的氧化中心。NLO系数的计算表明,通过单电子的氧化,可以实现NLO系数的调变。并通过TDDFT计算,揭示了NLO调变的内在原因。