苝酰亚胺(PDI)衍生物的共轭刚性平面骨架使其不仅具有一定的光、热和化学稳定性,还具备荧光量子产率高,吸收范围宽,易修饰,易组装等特点,因此在发光二极管、场效应晶体管、有机太阳能电池、生物医药传感器、共轭多孔聚合物和分子探针等功能材料领域都表现出重要的应用价值。随着研究的不断深入,科研工作者对PDI衍生物的理化性能要求逐渐提高,导致分子本身的设计和合成愈发困难。为了解决目前PDI衍生物在器件应用中存在的载流子迁移率低、溶解度差、能隙较大等问题,化学家提出了发展邻位修饰PDI衍生物的策略。不同于目前常用的氮端取代和PDI母核湾位修饰,在PDI邻位引入官能团不会影响苝骨架的平面性,因此不会破坏分子间的π-π堆积,可以在调控分子能级的同时能保留良好的载流子迁移能力,而且能够显著提高分子溶解度。本论文通过对一系列邻位功能化PDI衍生物的光电、组装性质等进行系统研究,揭示了该类型化合物在功能材料领域进一步应用的可能性。具体内容共分为五章:第一章:简要概括了 PDI的基本理化性质,并重点分析了三种修饰方法:氮端取代、湾位修饰、邻位修饰的特点和研究进展,同时重点介绍了邻位修饰PDI衍生物在太阳能电池、多孔共轭聚合物、有机固体激光等领域的相关应用。最后提出了本论文的工作设想。第二章:考察了在PDI邻位引入烯基官能团后对其溶解度、电子能级、分子间作用三方面的影响。实验结果表明邻位引入烯基官能团后分子易溶于常见有机溶剂,循环伏安法计算得出分子能隙有所减小,吸收光谱和SEM、AFM等表征数据显示分子由于保持了平面性而表现出良好的聚集能力。第三章:设计以邻位四碘代PDI作为构筑模块,通过亲核反应可简便高效地引入各类官能团。吸收光谱和循环伏安法实验结果表明引入不同的官能团对PDI的光电性质有较大影响,能够实现对其荧光和前线轨道能级的调控。第四章:对一系列苝骨架邻-湾位扩环的PDI衍生物进行了光电性质方面的研究。吸收光谱表明该母核扩环的方式可以增大分子的吸收范围,循环伏安法表明扩环可以显著减小分子能隙。这些结果显示通过改变PDI扩环体系中杂原子的数目、种类及位置,可以实现对其光电性质的有效调控。第五章:苝骨架邻-湾位扩环的PDI衍生物由于旋转受阻,能够形成稳定的旋转异构体。进一步研究表明该异构体在四氢呋喃溶液中与F-作用后可以得到稳定的手性阴离子自由基。这类稳定的手性功能分子有望在手性光电器件方面得到进一步的实际应用。