芴基骨架是有机宽带隙半导体的典型结构,其中芴在9号位上具有比苯更加灵活的功能化特性。基于芴基材料的设计能够确定芴基类化合物的复杂作用并深入了解激子行为、迁移率和稳定性的变化。其中,螺环芳烃（SAHs）具有独特的十字交叉刚性骨架,从而显示出较大的空间位阻和共轭打断效应,这种独特的结构使其具备良好的热稳定性和颜色稳定性,能够广泛地应用于有机光电子领域。目前存在许多关于SAHs合成的报道,然而在减少合成步骤、提高总产率、得到更多新型功能性衍生物方面还有所欠缺,仍需开发新的简单合成方法。另一方面,由于其非平面结构,对SAHs的自组装能够制备出各种多维的有机半导体纳米结构,但在探索其自组装行为、聚集态下光电性能和稳定性等方面仍缺少重要模型。针对以上问题,我们开拓了一种新型SAHs衍生物合成方法,通过重沉淀法实现了SAHs低维形貌并解释了其构效关系。最后,以SFDBA为模型,探索了聚集态的不同对光氧化的影响,提出了结晶提高光氧化稳定性的新策略。1、基于经典的乌尔曼反应有效地合成了双咔唑取代的SFDBA和SFDBAO系列衍生物。这类SAHs结构上的杂原子部分和羰基部分作为反应的导向基团,诱导了一种远程C-H键活化的C-N偶联反应。与以往C-H键活化反应相比有几个亮点:（1）以良好的产率和优异的化学选择性提供了一系列新型螺环芳烃类衍生物,该反应产率高达70%且咔唑优先进攻杂环平面上的活性位点;（2）与大部分C-H键活化反应不同,直接芳基化C–H偶联涉及更少的步骤、更低的成本、更少的有毒试剂以及更高的原子经济性,反应条件也较容易实现;（3）反应位点不是常见的邻对位,均离导向基团较远。该反应是一种官能团诱导的远程C-H键活化反应。这一合成过程将提供一种灵活的途径来生产各种螺环芳烃衍生物,不需要苛刻的条件、有毒的试剂或贵重金属。从结构上看,得到的双咔唑取代衍生物是一种给体-受体-给体（D-A-D）的模型,在光电领域有很好的研究必要和潜在的应用前景。2、以SFDBA和SFDBX为模型,探讨了SAHs低维构效关系和聚集态的光物理行为。不添加任何表面活性剂,通过传统的重沉淀法获得了两种化合物的带状一维结构。通过分析其弱作用分布发现,它们的超分子作用位点都集中在杂环平面上。在自组装过程中,分子的杂环平面排列在中间,芴基平面排列在两端形成独立的交叉分子层,而分子排列层之间缺乏可扩展的超分子连接,最终形成了一维晶体结构。这项工作证明SAHs的超分子空间位阻效应（SSH）可以在不同尺度下变化并适用。值得注意的是,两种化合物的微晶薄膜都显示出特定的结晶增强发射。SFDBA晶体薄膜的光致发光量子效率从9.5%提升至40.6%,提升了327%;SFDBX的从1.7%提升至10.9%,提升了547%。这是由于在结晶状态下,杂环平面生色团被封装在分子层之间,有效地抑制了分子间激子耦合和激子发射。此外,周期性的致密堆积和均匀的形貌可以抑制聚集态的分子振动,从而抑制能量损失,最终导致微晶薄膜具有较高的PLQE。3、提出并用模型分子SFDBA验证了一种提高稳定性的结晶光氧化稳定性提升新策略。以SFDBA这个易发生光氧化的分子为模型,设计其稀溶液、旋涂薄膜、微晶薄膜的时间分辨光氧化实验,发现无定形薄膜状态的样品在光照较短的时间内就发生了氧化变质,而微晶薄膜在光照和暴露在空气中的环境下还能在较长时间内保持稳定。随着聚集程度的提高,分子排列的周期性和密集程度也会提高,在光照下,氧气入侵的程度会变难,光氧化的程度会变小。特别地,在结晶薄膜样品中,层状的堆积模式会使芴基平面形成一层一层的铠甲,将易被氧化的杂环平面保护在层内,阻止氧气的浸入。这些结果表明,结晶化已成为提高光化学稳定性的另一种新策略:（1）稳定的空间位阻框架形成牢固的“铠甲”层;（2）结晶后的有序堆积将脆弱的单元掩盖在“铠甲”中。这种结晶稳定性策略允许易被氧化分子在不依靠其他外部条件的情况下通过特殊的聚集方式来保护自身,从而实现出色的光物理性质和稳定性,这对于构建稳定耐用的光电器件非常重要。