为了适应半导体芯片电子元件尺寸不断减小的变化趋势,在纳米尺度上以分子为单元构筑分子电子器件的器件小型化策略被提出。在对功能性分子器件的研究过程中,人们发现以电子的自旋为信息载体,可以设计出分子自旋电子器件,这类分子器件在信息处理、数据存储、信号传输和能量消耗等方面具有进一步的优越性能。到目前为止,多种多样的功能性分子自旋电子器件在理论和实验上被设计、制备并研究。研究表明,分子器件可以通过某种方式进行调控进而实现某种特定的功能。一般来说,分子器件可以通过磁场、电场、应变等各种外界因素影响器件的电子结构、磁性以及输运性质等。此外,一些实验和理论研究表明,利用吸附也可以有效地改变器件的电子结构和磁性从而使器件具有特定的功能。例如,通过吸附可以得到具有气体识别、传感功能的分子自旋传感器和自旋过滤效应的自旋过滤器。吸附的类别主要包括物理吸附和化学吸附,是一种选择性多样、易操作的调控方式。本论文利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了原子或分子化学吸附对分子器件的电子结构、磁性以及自旋输运性质的影响,进而在分子水平上设计了高性能的气体传感器及自旋过滤器。本论文的主要研究内容与结果如下。1.氟原子吸附对氮化硼纳米管电输运性质的影响探索并调控低维材料的磁性有利于纳米尺度自旋电子器件的设计。实验和理论工作表明,氟化可以有效调控纳米体系的电子结构和磁性。在本工作中,研究了单氟原子和双氟原子化学吸附对氮化硼纳米管电子结构、磁性及自旋输运性质的影响。计算表明,在单氟原子吸附后,单氟吸附氮化硼纳米管（Single Fluorinated Boron nitride nanotube,SF-BNNT）具有铁磁性和半金属性质。对于双氟原子吸附时,双氟吸附氮化硼纳米管（Double Fluorinated Boron nitride nanotube,DF-BNNT）的六种吸附构型均表现为铁磁性。但是,DF-BNNT的电子结构与氟原子吸附构型密切相关,DF-BNNT可以是半导体、半金属甚至导体。基于SF-BNNT或DF-BNNT构建的双电极器件的自旋电流-电压曲线表明,某些器件表现出较高的自旋过滤效率。相关结果可以用氟原子吸附对BNNT能带的改变以及两电极能带在偏压下的交叠变化解释。2.氧气吸附对过渡金属轮烯配合物自旋输运性质的影响在单分子自旋器件中,器件中心分子容易与周围的气体分子由于吸附而发生相互作用,进而影响器件的自旋输运特性。在本工作中,以过渡金属-二苯并四氮杂[14]轮烯配合物（Transition Metal Dibenzotetraaza[14]annulene,简称TM（DBTAA）,TM=Co、Cu、Ni）为中心分子单壁碳纳米管为电极构建了分子器件,研究了O2吸附对该种器件自旋输运性质的影响。计算结果表明,Co（DBTAA）吸附O2后器件允许通过的自旋取向发生改变,Cu（DBTAA）吸附后器件的自旋过滤效率（Spin Filtering Efficiency,SFE）得到提高,Ni（DBTAA）吸附后器件从自旋简并变为自旋极化且自旋过滤效率高达90%。通过进一步分析表明,基态为自旋三重态的O2吸附后,器件自旋向下的电子向O2中发生转移,导致器件自旋向上和自旋向下电子数目发生变化,进而改变了器件的自旋输运特性。论文内容分为五个章节:第一章对分子自旋电子学的发展进行了综述,并对部分功能性分子自旋电子器件进行了简要介绍;第二章简述了计算分子器件体系电荷输运性质的理论方法;第三章研究了单/双氟原子吸附对氮化硼纳米管电输运性质的影响,设计了具有高自旋过滤效率的分子自旋电子器件;第四章研究了氧气吸附对过渡金属轮烯配合物自旋电输运性质的影响,发现氧气吸附可以有效调控器件的自旋过滤效率;第五章对所做工作及其创新点进行了总结,并对所做工作做出了展望。