具有分子内电荷转移能力的共轭β-二酮类有机分子,由于具有结构易变、合成简单、功能性强等优点,使其在染料敏化太阳能电池、有机非线性光学材料和可见光光聚合等领域具有潜在的应用价值。本论文设计合成具有D-π-A和D-π-A-π-D(其中D代表电子给体,A代表电子受体,π代表共轭桥键)分子结构的有机共轭分子,运用理论计算和实验的方法对其光物理和光化学性质进行了系统的研究,揭示了 D和A的种类和结构,以及π共轭桥键类型等分子结构特点与光学性能之间的关系,并将其成功应用于可见光光聚合中。本论文研究工作可分为以下几个部分:1、本论文以咔唑、三苯胺、吩噻嗪、N,N-二甲基苯胺和二茂铁作为给电子的D基团,以2,4-戊二酮、二氟硼络合2,4-戊二酮和1,3-茚二酮为A基团,合成了四个系列具有D-π-A-π-D和D-π-A结构的长共轭化合物,分别是:类姜黄素化合物,包括CMD1,CMD2,CMD3和CMD4;二氟硼类姜黄素化合物,包括BF2Cur1,BF2Cur2,BF2Cur3,BF2Cur4和BF2Cur5;含二茂铁共轭茚二酮化合物,包括FcIn1,FcIn2,FcIn3和FcIn4;含芳胺共轭茚二酮化合物,包括CCO,TCO,PCO,CPO,TPO和PPO。所合成化合物均经过了核磁氢谱和碳谱,质谱,红外结构表征,并通过Gaussian 09软件计算,优化了分子基态结构。2、通过对所合成的四个系列共轭化合物的光物理性质研究发现:(1)类姜黄素化合物在蓝绿光区有较强吸收,且CMD1、CMD2和CMD3在450nm到650nm有强荧光发射,化合物CMD1、CMD2和CMD3均具有双光子吸收性能。如化合物CMD2,在467 nm的摩尔消光系数可达77188 M-1·cm-1,在500-600nm有强荧光发射,荧光量子效率可达0.54。CMD3的双光子吸收截面最大,在820nm激光波长处的双光子吸收截面可达3236 GM;(2)二氟硼类姜黄素化合物相比于对应的类姜黄素化合物紫外可见吸收光谱可红移至红光区,溶剂化效应显著,一些化合物的荧光发射光谱可从绿光延伸至近红外区,且具有显著的双光子吸收性质,如BF2Cur2在820nm激光波长处双光子吸收截面可达1576 GM;(3)含二茂铁共轭茚二酮化合物的电化学性质和非线性吸收性质研究表明,化合物FcIn1、FcIn2比FcIn3、FcIn4化合物具有更有效的分子内电荷转移;(4)含芳胺共轭茚二酮化合物最低能量跃迁吸收峰分别位于460nm和520nm,其位置只与共轭桥连分子有关。由于茚酮结构的存在,其荧光发射能力较弱。通过理论方法对所有化合物的前线分子轨道和激发态能量进行了计算,并对吸收光谱中电子跃迁进行了归属。3、通过荧光猝灭实验和稳态光解实验证实了合成的类姜黄素化合物和类姜黄素二氟硼络合物与二芳基碘鎓盐(ONI)间的光引发电子转移反应。通过电化学和电子顺磁共振波谱等实验对光引发电子转移过程和光化学产物进行了验证。通过计算吉布斯自由能(△G)的变化,发现所合成化合物与ONI之间光引发电子转移反应是热力学允许的。以类姜黄素化合物为例,对光引发电子转移过程中化合物能量变化进行计算用来对不同结构化合物光化学活性的差异进行深入探究。4、以所合成的共轭有机分子与二芳基碘鎓盐组成光引发体系,考察了在LED光源下光引发聚合反应。发现(1)类姜黄素化合物/ONI为光引发体系,在蓝/绿LED光源下可以高效引发自由基和阳离子树脂发生光聚合反应,且引发体系具有优异的光漂白特性,使得其可以引发深层自由基光聚合反应。(2)二氟硼类姜黄素化合物/ONI的光引发体系可在多色光LED下有效引发自由基、环氧型阳离子树脂、乙烯基醚型阳离子树脂发生光聚合反应,发现吸光能力和光化学反应活性外,分子结构对阳离子光聚合起到十分重要的作用。(3)含二茂铁共轭茚二酮化合物可以作为新型非贵金属光氧化还原催化剂应用于可见LED光源下光聚合中,与ONI和N-甲基吡咯烷酮组成的三组分引发体系可有效引发自由基树脂发生光聚合反应。