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有机半导体材料作为有机光电器件的核心组成部分，成为有机电子学的研究热点。材料的分子结构从根本上决定了材料的性能，因此，有机半导体材料的结构创制与合成一直是有机电子领域合成化学家关注的焦点。薁是一种青蓝色的具有较大分子偶极矩(1.08D)的非苯芳香化合物。从分子结构上看，薁是由缺电子的七元环和富电子的五元环并合而成，具有非镜面对称的前线分子轨道(HOMO/LUMO)、较低的能隙和反常的荧光性质等特点，成为设计合成新型有机光电功能分子的理想砌块。本论文设计、合成了一系列基于薁的新型有机光电功能分子，研究了其物理化学性质和有机场效应晶体管(OFET)、有机太阳能电池(OPV)器件性能。论文主要包括以下几个部分: 1.分别将薁单元的2-位和6-位通过三键与萘二酰亚胺相连，设计合成了两个同分异构体Az-NDI-1和Az-NDI-2，并对其物理化学性质和OFET器件性能进行了研究。基于Az-NDI-1和Az-NDI-2的OFET器件性能表现出了数量级的差异，其电子迁移率分别为0.022cm2V-1s-1和0.16cm2V-1s-1。研究表明薁七元环的缺电子性和五元环的富电子性会影响由其构筑的有机半导体材料的物理化学性质和器件性能，为研究基于薁的有机光电功能材料提供了一种新思路。 2.设计合成了一类全新结构的有机半导体材料结构砌块:联薁二酰亚胺（BAzDI）。对该类新型芳香酰亚胺化合物的合成、DFT理论计算、光谱、电化学性质和单晶结构等方面进行了研究。初步表征了BAzDI及其衍生物的OFET和OPV器件性能。研究表明BAzDI具有独特的分子结构和物理化学性质，有望成为一类重要的有机半导体材料结构砌块。 3.设计合成了五个6，6-二芳基取代的联薁二酰亚胺衍生物Ar-BAzDI-1～Ar-BAzDI-5。通过引入不同给电子/拉电子的芳基对BAzDI的能级进行调控(HOMO:-5.68～-6.04eV;LUMO:-3.63～-3.73eV)。基于Ar-BAzDI-1～Ar-BAzDI-3和Ar-BAzDI-5的OFET器件表现出了单一的n-型半导体性能，其平均电子迁移率可达0.12-0.45cm2V-1s-1，其中Ar-BAzDI-2的OFET器件表现出了高达0.52cm2V-1s-1的电子迁移率，是目前基于薁的有机半导体材料的最高性能。Ar-BAzDI-4因其较高的HOMO能级和较窄的带隙表现出了双极性传输特性。此外，我们制备了以PTB7-Th为给体，Ar-BAzDI-2或Ar-BAzDI-5为受体的OPV器件，测得其光电转换效率均约为1.3％。该研究表明6，6-二芳基取代的BAzDI衍生物是一类有潜力的高性能有机半导体材料。 4.设计合成了三个基于薁单元2，6-位连接的共轭聚合物P(TBAzDI)，P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDI-TFB)，并将其应用于有机场效应晶体管(OFET)和全聚合物太阳能电池(all-PSC)研究。基于P(TBAzDI-TPD)的OFET器件表现出了高达0.42cm2V-1s-1的电子迁移率，是n-型聚合物底栅项电极OFET器件的最高性能之一。此外，由P(TBAzDI-TPD)为受体、PTB7-Th为给体构筑的all-PSC器件表现出1.82％的光电转换效率。掠入射广角X-射线衍射研究表明P(TBAzDI-TPD)和P(TBAzDI-TFB)以edge-on的形式排列在基底上，其π-π堆积距离约为3.55（A），是聚合物半导体材料中最短的π-堆积距离之一。该结果表明，将2，6-位连接的薁单元引入共轭聚合物主链可以充分利用薁的分子偶极（D-A结构），获得强的分子间作用力，是合成高性能有机光电材料的一种有效策略。该研究为基于薁的高性能有机光电材料的研究提供了思路。 5.设计合成了两个基于薁的硼氮(BN)杂芳香稠环化合物Az-BN-1和Az-BN-2并对其DFT理论计算、吸收光谱、荧光光谱、电化学和质子响应性质等方面进行了研究。由于薁独特的化学和电子结构，Az-BN-1和Az-BN-2表现出了与传统BN杂芳烃不同的物理化学性质。同时，由于BN单元的引入，Az-BN-1和Az-BN-2表现出了不同于传统薁基多环芳烃的质子响应性质。该研究有利于进一步探索薁这类非传统芳香化合物的物理化学性质，同时也贡献于多环芳烃/杂芳烃化学的发展。