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三重态光敏剂由于具有特殊的光物理和光化学性质受到化学界人士的广泛关注,被广泛应用在了光动力治疗、光解水制氢、染料敏化太阳能电池、三重态-三重态湮灭(TTA)上转换、光催化有机化学反应和氧传感等领域。传统的三重态光敏剂主要是一些过渡金属配合物,一般可见区吸光比较弱,三重态寿命比较短,成本高,从而限制了这些配合物的应用。对于如何设计具有强可见光吸收和长三重态寿命且不含重原子的有机三重态光敏剂进而弥补过渡金属配合物的不经济,环境不友好、资源有限的缺陷,人们还缺乏系统认识和研究。本论文将摒弃以往的过渡金属配合物,从分子的发光机制入手,设计合成了不含重原子的有机三重态光敏剂,结合DFT理论计算和实验测试对它们的光物理与光化学性质做了系统的分析。首先本文从有机发色团香豆素出发,设计合成了新型的荧光团-香豆素稠环化合物。相对于母体香豆素来说,它们的光物理与光化学性质都有了明显的改善,比如,Stokes位移比母体增加了88nm。结合DFT理论计算,发现激发态构型的扭转是产生大Stokes位移的原因。并发现C-3分子受光激发后能够到达三重激发态。为了更好地研究有机染料香豆素的三重态,本文合成了一系列具有分子内n→π*跃迁的香豆素酮类的化合物。结合闪光光解及低温发光光谱,验证了这些分子的三重激发态。由于这些化合物具有强的可见光吸收和长的三重态寿命,本文将其应用在了TTA上转换中。其次,为了延长化合物的吸收波长,本文引入了BODIPY荧光团作为光吸收天线,利用C60分子作为单重态能量受体和自旋转换单元,设计合成了在可见区强吸收的C60-BODIPY有机三重态光敏剂C-10,C-11。为了扩大吸收范围,将光吸收天线香豆素和BODIPY一起连接到C60分子上,设计合成了分子内具有双重能量转移的三元化合物C-12和分别含有单个发色团的对照二元化合物C-13,C-14。结合实验测试和DFT理论计算,本文发现这些含C60的三重态光敏剂以光吸收天线为能量给体,C60为能量受体。能量转移效率达97%以上。而且三重态布局在C60部分而不是光吸收天线。将这些化合物应用在了TTA上转换,其中含有两个光吸收天线的C-12分子,由于可见区宽谱带的强吸收和长的三重态寿命,TTA上转换效率要明显高于其他化合物。并将其应用在了光氧化1,5-二羟基萘实验中,C-12无论在光氧化速率还是产物胡桃醌产率,都明显强于对照化合物,并且强于已报道化合物四苯基卟啉(TPP)。