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近年来，通过自组装的方法获得具有良好磁性的金属簇合物引起了化学家广泛的兴趣。作为一种有效的产生金属中心磁相互作用的桥联配体，叠氮酸根能够以不同的构型连结多个金属中心，体现出的多样化的磁性质。将在纳米磁体中普遍应用的氧桥和叠氮根离子同时引入，将会使金属离子的聚集更加有效，形成新颖拓扑结构的磁性分子。其中热点之一是通过精心挑选合适的配体来组装新型的单分子磁体(SMMs)．这类研究不仅可以增进我们对量子隧道效应的理解，而且在信息存储和量子计算方面都有很广阔的应用前景。钴离子(Ⅱ)由于具有很大的单离子各项异性行为，因而成为构筑单分子磁体的一类重要金属离子，多核的钴离子(Ⅱ)磁化学非常丰富，通过单氧桥和-N-N—桥的共同作用，将Co(Ⅱ)连接至结构可控的金属大环体系，是构筑新型单分子磁体的重要方法之一。
另一方面，超分子化学的主要任务之一是在自组装的基础上实现分子识别、催化、离子输运和分子器件装配等特殊功能．通过电化学或者光学响应的方法识别和传感某一分析物是主客体化学的重要研究内容，其中荧光分析方法简单易行，灵敏度高在化学跟踪检测方面广泛应用。利用冠醚特殊的主客体化学荧光检测低浓度的金属离子是超分子化学的重要突破，直接导致了分子离子探针研究的蓬勃发展。作为继Fe离子之后在人体中含量最丰富的过渡金属离子，zn离子在生物体系中体现出特殊的功能，促使了新型锌离子探针的快速发展，将多齿配体对过渡金属离子特殊的配位作用和金属螺旋体的形成相结合，能够有效增加锌离子探针构建的选择性和灵敏度。
环境的中过量的重金属离子是工业污染的重要组成部分，其中汞离子由于其毒性和在生物体系的富积，一直是相关研究的重点之一．将荧光量子产率极高的罗丹明衍生物与合适的识别基团连接起来，是构建高灵敏度汞离子探针的有效方法之一，能够实现ppb级的汞离子的检测。同时将具有氧化还原特性的二茂铁基团引入罗丹明衍生物中，能够通过电化学和光信号的改变，实现对汞离子的多通道响应。
一、磁性分子的组装和单分子磁体的研究
(1)金属辅助的溶剂解反应制备金属簇合物：利用金属辅助的二吡啶酮肼合物的溶剂解反应来制备一系列的金属化合物。其中，四核镍化合物{Ni2[dpk(O)(OH)][dpk(O)(OCH3)](N3)2｝2(1)是包含两个中心对称的共边三角形。相邻的镍离子靠(μ2-N3，μ3-O)和(μ2-O，μ3-O)间隔地桥连．化合物{Cu4[dpk(O)(OCH3)]4(N3)2}(CuCl2)2(2)，含有四核金属簇单元，和两个外围的[CuCl2]-阴离子。其中四核阳离子结构含有两个二重轴，四个铜离子采用菱形排列。处于棱上的相邻铜离子通过配体dpk(O)(OCH3)上的单μ2-O联，处于菱形短对角的铜离子之间通过两个对称的叠氮根阴离子桥连。 在双核铜的结构单元{Cu2[dpkaq(OCH2CH3)]Cl2｝(ClO4)(3)中，金属中心采用平面配位方式，两个铜离子靠-N-N-桥连，而且其中的一个配位到铜离子的C1原子同时也以弱的配位方式和另一个对称的铜离子配位，从而产生了一个中心对称的二聚体。在一维的铜聚合物{Cu2[dpka(OCH3)](N3)2(ClO4)}n(4)中，金属中心通过-N-N-和1，3-叠氮桥交替桥连。变温磁化率测试表明化合物1中的金属中心之间存在明显的铁磁偶合，化合物2中的金属中心间反铁磁偶合作用占主导．对于化合物4，磁性测试表明在双核铜结构单元里，-N-N-桥连的金属中心之间，存在很强的反铁磁偶合作用，然而，1，3-叠氮桥连的铜离子之间表现为很弱的磁相互作用。
(2)通过自组装获得四核钴的单分子磁体：二价的钴离子由于具有大的各项异性，常常被认为是适合构筑单分子磁体的金属离子之一。本文，我们在前期的合成功能性的金属大环的工作基础上，通过自组装的方法，从一个常见的Schiff碱配体出发，合成了一个新的四核钴离子平面形的化合物{Co4[((ArO)C(CH3)N2]4)·0.5H2O，在正方形Co4内部，相邻的钴离子通过O桥和-N-N-桥双桥连，磁化率测试表明在高温区，磁行为主要是由于钴离子的单离子行为造成的，然而，在低于26K以下的温度，XMT的升高主要是由于钴离子有效 自旋s=1/2之间的铁磁偶合．在1.8 K时的磁滞回线的精确测试表明矫顽场为105Oe，残余磁距为0.096 Nβ mol-1。10 Oe下，ZFCM和FCM测试表明该化合物具有较高的阻塞温度4.5 K。在1.8 K-10 K在六种频率下进行交流磁化率测定。在给定频率下，实部磁化率和虚部磁化率都达到最大值，并且随着频率的增大，此最大值向高温移动．通过改变频率快慢，我们可以得到温度和速率的函数关系，这种关系符合Arrenius，公式τ=τ0exp(Ueff/кBT，对数据的拟合得到：Ueff/кB=38.8(5)K(27.0 cm-1)和τ0=5.4(3)×10-9 s。因此，分子内的铁磁偶合，结合在零场下的慢弛豫表明平面状的四核钴化合物具有单分子磁体行为。
(3)正方形环状铁配合物的结构控制与性质：通过双氨基尿和吡啶醛的缩合反应，得到一系列五齿有机配体，进一步通过和Fe(Ⅱ)的自组装反应得到结构可控的四核金属大环，单晶结构分析表明化合物7为单斜空间群，P2(1)/n。不对称单元里含有一个四核铁的金属大环，以及四个高氯酸根阴离子。在四核铁的内部，每个铁原子被两个三齿N2O配位，形成八面体的配位构型。四个铁原子呈现平面正方形排布方式，相邻的铁原子被羰基O桥连，Fe—O—Fe的角度为130°，相邻的铁之间距离为3.833 A，相间的铁之间距离为5.303 A。在平面四核铁的内部，环的拐角接近于直角，为87.2°。大环内部的四个配体绕着金属离子环绕，上下交替，其中对面的两个配体基本平行排列，呈现“井”字状。电化学测试(DPV)表明该大环配合物7的DPV谱图中依次出现四个峰，依次对应于FeⅡ/FeⅢ之间的单电子氧化还原峰。其中0.086 V和0.238 V为两个FeⅢ的单电子还原峰，对应于[FeⅡ4]/[FeⅡ3 FeⅢ]和[FeⅡ3 FeⅢ]/[FeⅡ2 FeⅢ2]电对的电位；而0，86 V和1.30 V则为单电子的FeⅡ的氧化峰，对应于[FeⅡFeⅢ3]/[FeⅡ2 FeⅢ2]和[FeⅢ4]/[FeⅡFeⅢ3]的氧化过程。四种氧化还原电对的电位差△E值分别为0.152V，0.562V和0.44V。
二、金属螺旋体的组装及用于锌离子识别与传感
(1)基于构型变化设计合成锌离子探针：我们把自组装的方法应用到传感器分子的设计合成中，发展了一类新颖的、易合成的喹啉基的探针分子QB，双(2-喹啉)-2，2—连苯酰肼(QB1)，和双(2-喹啉)—6，6—二酰肼-2，2—连吡啶(QB2)它们可以以2：2的方式结合锌离子。其中，喹啉功能团既充当荧光团，又起到结合位点的作用．在金属离子的存在下，酰肼基团容易发生脱质子化，这样，QB传感器充当负一价的阴离子配体。在没有金属离子存在的条件下，两个分子都表现出弱的荧光发射，激发波长为350 nm，发射最大值为405 nm．由于锌离子的结合，通过自组装使得配体的电荷和构型发生很大改变，激发光谱和发射光谱发生很大程度上的红移，发射最大值移到500 nm，而且，荧光强度也增加了一个数量级。这些探针分子在缓冲的含有DMSO的水溶液中，相对于碱金属、碱土金属以及第一过渡系金属离子，包括Mn2+，Fe2+，Co2+以及Ni2+，对锌离子的识别具有高选择性。
(2)金属双螺旋体的设计合成：在锌离子传感器QB分子的工作基础上，设计合成了一系列剪刀状的配体分子，它们具有双三齿配位点，如双吡啶二甲基-6，6-二酰肼-2，2-连吡啶(H2L1)和双吡啶二乙基-6，6-二酰肼-2，2-连吡啶(H2L2)。同时，由这些配体出发，通过自组装获得一系列金属螺旋化合物，并表征它们的晶体结构。因此，配体H2L被证实可以用来构筑金属螺旋体，使得金属中心的构型得以复制到另一个金属中心。基于这样的分子剪刀的结构可控性，使得我们进一步加深理解螺旋体形成过程中要求的配体和金属在能量和立体化学上匹配。
三、基于罗丹明-6G功能团的修饰及其选择性的汞离子识别
由于环境中过量的汞离子对于人类以及环境会造成极其严重的影响。汞离子(Hg2+)的探针的研究和开发是近年来备受关注的课题。汞离子由于具有高毒性和在生物体系中的富积作用，美国的环境总署(EPA)和我国环保局的环境评价标准中都规定饮用水中汞离子的浓度不得高于2 ppb。因此汞离子探针的研制和开发中面临的主要的挑战之一是提高探针分子的在水溶液中的灵敏度。罗丹明衍生物具有较大的摩尔吸光系数和较高的荧光量子产率，近年来一直作为重要的荧光基团之一，广泛应用于过渡金属尤其是汞离子探针的研制和开发，我们通过酰肼化反应和席夫碱反应，将一系列配位基团或其它响应基团衍生到罗丹明分子中，设计合成新型汞离子探针，实现在水溶液中对汞离子高灵敏度和高选择性的探测。
(1)高灵敏度的荧光探针用于选择性地识别水相中的汞离子.
(2)高灵敏度的色变、荧光以及电化学响应的化学传感器用于多通道检测水相中的汞离子.
(3)双臂扭转的二茂铁衍生物的多功能识别和传感：设计合成了茂铁双取代的.