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具有电子给体-电子受体(Donor-Acceptor)结构的有机光电材料及器件在发光二极管、场效应晶体管、光伏电池和有机激光等方面具有广泛的应用前景，是当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究热点之一。除了有机材料所共同具有的制作成本低、分子结构设计多样性和可控性、可制备大面积柔性器件等优点以外，具有Donor-Acceptor结构的有机分子还具有其独特的光电性能。尽管人们从有机材料合成、器件构筑等方面做了大量有益的工作，但是到目前为止，有机光电器件性能指标还远远低于无机半导体器件，离最终走向商业化和市场化的目标还很远。
有机光电器件的性能大都基于材料的光电转换过程，而这一过程与材料激发态的性质密不可分。因此，理解和研究影响这些激发态分子及其动力学过程的因素和机制，从而最终揭示材料结构与器件性能之间的关系，就成为一个亟待解决的重大课题。这对于新型高效光电功能材料的设计和开发以及器件性能提高都具有重大的理论和现实指导意义。
有鉴于此，本文选取了两种典型和重要的光/电活性有机分子，二茂铁和苝二酰亚胺，设计、合成了几类具有特定结构的光功能分子。并以它们为模型，借助飞秒时间分辨和瞬态吸收光谱技术，采用稳态光谱和电化学方法，系统研究了其光物理性质。结合理论方法，作者进一步研究了Donor-Acceptor结构分子中光诱导电子转移的超快动力学过程，探讨了分子结构对材料激发态性质及动力学过程的影响，并深入研究了材料结构与性能之间的关系。本论文的工作取得了一些重要的成果，为与此相关的研究工作提供了有益的借鉴。
1.以苝二酰亚胺为电子受体，并通过共价键在其亚胺区域引入二茂铁进行修饰，设计、合成了一系列具有D-s-A骨架的小分子体系。利用时间分辨瞬态吸收和荧光光谱技术，结合稳态光谱和电化学方法，并借助理论分析，系统地研究了该体系溶液中光诱导电子转移的超快动力学过程。研究发现，随着电子给受体间距离的减小，电荷分离速率常数及电荷复合速率常数均提高了约一个数量级。作者还进一步揭示了该体系中距离依赖的光诱导电子转移过程的内在机制。这一研究表明，在有机小分子体系中，改变电子给受体之间距离，可以有效改变和调控光诱导电子转移过程的动力学。
2.通过共轭的炔键将二茂铁引入苝二酰亚胺“腰位”，设计、合成了具有D-π-A结构的小分子体系。利用时间分辨瞬态吸收和荧光光谱，我们系统地研究了在这种电子给体“腰位”取代苝二酰亚胺的体系中所发生的光诱导电子转移的超快动力学过程。这种取代方式非常有利于二茂铁单元和苝二酰亚胺单元之间的电子耦合，从而导致其稳态吸收光谱拓宽至近红外区，并使得在其中发生的光诱导电子转移过程更加有效。这一研究表明，改变电子给体在苝二酰亚胺单元上的取代位置，可以对分子的光物理性质产生显著影响，并能够有效改变和调控光诱导电子转移过程的动力学。
3.采用氢键作用单元一脲基作为电子给受体之间的连接部分，设计、合成了亚胺区域取代的二茂铁一花二酰亚胺超分子。通过紫外—可见吸收光谱及稳态荧光发射光谱，考查了由苝二酰亚胺平面π-π堆积引起的自组装对分子光物理性质及光诱导电子转移过程的影响。通过理论分析，我们还进一步估算了其中光诱导电子转移反应的吉布斯自由能变。结果表明，当溶于CH2C12时，从二茂铁单元到苝二酰亚胺单元的光诱导电子转移在热力学上是能够发生的。然而，实验上所得到的荧光发射性质却表明，其中的光诱导电子转移过程并不十分有效。作者结合理论计算方法，对这种差异做了初步解释，更详细的理论及实验证明还在进行中。
4.在以上工作的基础上，构筑了一类新的、基于光诱导电子转移机制的荧光开关。在这样结合了二茂铁单元作为电子给体和氧化还原中心的荧光开关中，化合物溶液的荧光强度能够通过电化学氧化以及随后的还原过程来得到可逆的调控。作者进一步研究了光诱导电子转移与荧光开关的两个重要参数一荧光对比度和背景荧光之间的关系。在上述开关中，荧光对比度随着电子给受体之间的距离增加而降低，而背景荧光随电子给受体之间的距离增加而增强。