本文用密度泛函理论和含时密度泛函理论构筑了双功能新型分子器件,从理论上对该类分子器件的分子开关和荧光传感器功能进行计算与分析。本文主要研究了三种氮杂分子器件,偶氮苯嵌入N-（11-甲基芘）-21-冠-7,反-联吡啶嵌入N-（9-甲基蒽/芘）-15-冠-5,二苯乙烯嵌入N-（9-甲基蒽）-15-冠-5,研究它们与碱土金属离子作用引起的分子构型改变和荧光性改变。根据研究结果,我们设计出了新型的双功能分子器件。首先,对构筑的一种双功能新型分子器件（反式-偶氮苯嵌入N-（11-甲基芘）-21-冠-7）进行了理论设计。甲基芘与氮杂-21-冠-7的氮相连接,研究了它与一系列的碱土金属阳离子(Mg²⁺,Ca²⁺,Sr²⁺和Ba²⁺)相互作用。用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-31G（d）水平上对自由配体以及碱土金属离子配位物进行几何结构的全优化和频率计算。自由配体（L）和金属阳离子配位物(L/M²⁺)的计算使用混合基组(C、H、O、N原子用6-31G（d）基组,碱土金属阳离子Mg²⁺,Ca²⁺,Sr²⁺和Ba²⁺用LANL2DZ基组)。对优化后的结构进行自然键轨道计算,根据其结果可以分析碱土金属阳离子与氮杂冠醚环的相互作用。用含时密度泛函理论（TD-DFT）,计算L和L/M²⁺的吸收光谱,激发能量和紫外吸收波长以及激发态。我们设计出了一种新型分子器件,可以选择性配位Ca²⁺引起构型改变,光照后L/Ca²⁺可以发射荧光,这个分子器件具有变构开关和荧光传感器的双重功能。其次,构筑了一种新型双功能氮杂冠醚分子器件----联吡啶嵌入N-（9-甲基蒽/芘）-15-冠-5,对它们与碱土金属阳离子(Mg²⁺,Ca²⁺,Sr²⁺和Ba²⁺)配位进行了理论计算与研究。用B3LYP/6-31G（d）的方法,对自由配体（L1,L2）及其金属阳离子配位物(L1/M²⁺,L2/M²⁺)的进行了几何结构全优化计算。基于优化的几何结构,用自然价键轨道方法计算了自由配体和碱土金属阳离子的相互作用。用含时密度泛函理论（TD-DFT）方法,研究了L1,L2,L1/M²⁺和L2/M²⁺的吸收光谱和它们的激发态。构筑了第二种新型分子器件L2（2,2-联吡啶嵌入N-（9-甲基芘）-15-冠-5）,不仅可以选择性配位Sr²⁺而产生结构变化,而且L2/Sr²⁺还有荧光传感器的功能。最后,将顺式和反式的二苯乙烯嵌入N-（9-甲基蒽）-15-冠-5形成两个自由配体（Cis-L,Trans-L）,Cis-L是顺-二苯乙烯嵌入N-（9-甲基蒽）-15-冠-5,Trans-L是反-二苯乙烯嵌入N-（9-甲基蒽）-15-冠-5。用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算了自由配体和它们的碱土金属离子配位物的结构和各种性能。在气相条件下,经过几何全优化计算,我们得到两种配体的最稳定结构和几何参数,根据NBO计算,我们得到了碱土金属离子和自由配体的相互作用能。此外,我们计算并得到了自由配体和碱土金属离子配位物的前线轨道分布和轨道能隙值,轨道吸收光谱计算,自由配体和碱土金属离子配位物的紫外吸收光谱,吸收峰个数,最大吸收峰和激发态。根据以上分析我们设计出了另一种新型双重功能的荧光分子器件(Trans-L/Ca²⁺)。