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本论文紧密围绕功能分子的设计、合成、组装及性能方面展开各项研究工作。通过借鉴超分子领域丰硕的学术研究成果，吸取本课题组多年来积淀的丰富实践经验，我们设计合成了一系列的新型光功能分子。利用它们独特的理化性质深入地开展了特殊物理、化学性质的应用以及原理性分子器件的研究。主要内容包括：(1)新型化学传感器的设计、合成及性质研究；(2)新型分子基逻辑器件的设计、合成及性质研究。具体内容如下：
1.新型化学传感器的设计、合成及性质研究
高选择性银离子传感器的设计、合成及性质研究主要利用了核苷碱基中的腺嘌呤与Ag+离子的有效配位模式诱导芘激基缔合物的生成，进而成功构建了高选择性的Ag+离子光化学传感器。作者先后应用了荧光光谱、紫外可见吸收光谱、核磁共振谱、质谱等多种检测手段对该化学传感器的离子检测性能、识别机制进行了深入的分析和讨论。
高选择性银、汞离子传感器的设计、合成及性质研究这部分工作主要利用了核苷碱基中的腺嘌呤与Ag+离子、胸腺嘧啶与Hg2+离子的有效配位模式诱导四苯乙烯聚集发光，进而成功构建了“Turn on”型Ag+离子和Hg2+离子化学传感器。作者先后应用了荧光光谱、紫外可见吸收光谱、核磁共振谱、质谱、透射电镜等多种检测手段对该化学传感器的离子检测性能以及识别机制进行了深入的分析和讨论。
基于功能化金纳米粒子的汞离子传感器的设计、合成及性质研究主要利用了核苷碱基中的胸腺嘧啶与Hg2+离子的有效配位模式诱导金纳米粒子聚集，进而成功构建Hgz+离子的化学传感器。与此同时，作者对不同的汞离子浓度下纳米粒子的特异性响应行为也进行了深入的讨论。离子的选择性识别行为、诱导纳米粒子聚集与分散的行为均通过紫外可见吸收光谱、透射电镜等检测手段给予了讨论和说明。
2.新型分子基逻辑器件的设计、合成及性质研究
基于热和化学双调控的门控分子开关的设计、合成及性质研究主要利用了芘与马来酰亚胺以及芘与四硫富瓦烯之间的光诱导电子转移过程，将这两个光诱导电子转移过程巧妙地偶合，成功地设计并合成了以温度为门控的氧化还原荧光分子开关。从工作原理上讲：当且仅当马来酰亚胺与呋喃在一定的温度下快速地发生Diels-AlderAddition反应，同时应用化学的方法将四硫富瓦烯氧化为一价态，分子才能给出强荧光，进而实现分子的开关功能。实验过程中，作者先后应用了荧光光谱、紫外可见吸收光谱、光谱电化学等多种检测手段对该分子器件的工作机制进行了深入的分析和讨论。
基于蒽的光二聚反应门控分子开关的设计、合成及性质研究这部分工作主要利用了马来酰亚胺与蒽，以及二茂铁与葸之间的光诱导电子转移过程，设计合成了以化学输入为门控的蒽的光二聚反应分子开关。从工作原理上讲：只有应用Michael Addition反应或Diels-AlderAddition反应将马来酰亚胺的共轭缺电子体系打破，才能有效地抑制葸与马来酰亚胺单元之间的光诱导电子转移过程，进而实现分子内的蒽的光二聚反应；同样的，对于二茂铁也必须是通过化学氧化的方式将其转化为氧化态才能开启门控，从而使葸的光二聚反应顺利进行。在工作机理与机制的研究方面，我们同样应用了紫外可见吸收光谱、稳态荧光光谱、瞬态荧光光谱、电化学等多种检测手段进行了深入的分析和讨论。