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齐聚噻吩作为一种功能性有机材料,以其优异的光、电性能,受到研究者的高度重视。为了研究和开发齐聚噻吩的新功能,扩展其应用领域,本论文中,作者合成了一系列齐聚噻吩及其衍生物,研究了它们的光、电性能。在此基础上,进一步研究了其在有机电致变色和有机太阳能电池方面的应用。本论文中所合成的齐聚噻吩及其衍生物是:1, 4-二噻吩基苯(TPT)、5,5″-二氰基-2,2′: 5′,2″-三噻吩(2CN-3T)、4,4″-二羧基-5,5″-二丙基-2,2′:5′,2″-三噻吩(2COOH-BP3T)、5,5″-二醛基-2,2′:5′,2″-三噻吩(2CHO-3T)、5,5″′-二氰基-2,2′:5′,2″:5″,2″′-四噻吩(2CN-4T)、2,3′:4′,2″-三噻吩(V-3T)、5,5″-二氰基-2,3′:4′,2″-三噻吩(2CN-V-3T)、2,3,4,5-四噻吩基噻吩(X-5T)、2,5-(5′-氰基噻吩基)-3,4-二噻吩基噻吩(2CN-X-5T)、2,5-(5′-醛基噻吩基)-3,4-二噻吩基噻吩(2CHO-X-5T)、2,5-二噻吩基-3,4-二((2, 2’)二噻吩-5-)噻吩(X-7T)和2, 5-二(5′-醛基噻吩基)-3,4-二(5″-醛基-4,2′:5′,2″-二噻吩基)噻吩(4CHO-X-7T),用质谱(MS)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、高效液相色谱(HPLC)、红外光谱(IR)对所合成的齐聚噻吩及其衍生物的结构进行了确认表征。各齐聚噻吩及其衍生物的结构如下图所示:通过紫外-可见光谱、循环伏安和荧光光谱测定和计算出了齐聚噻吩及其衍生物的HOMO、LUMO能级、能隙及荧光量子效率。分析了分子结构和光、电性能之间的关系,发现改变齐聚噻吩及其衍生物共轭链的长度以及引入供电子或吸电子基团可以调控齐聚噻吩及其衍生物的光、电性能。在对所合成齐聚噻吩及其衍生物光、电性能研究的基础上,进行了齐聚噻吩及其衍生物作为有机电致变色材料和有机太阳能电池材料的应用研究。在有机电致变色方面,研究了在两种体系下,齐聚噻吩及其衍生物的电致变色性能。这两种体系分别是:电致变色活性层/液体电解质体系和电致变色活性层/固体电解质体系。基于这两种研究体系,设计了三种电致变色器件,分别是:A) ITO/电致变色活性层/液体电解质/金属Pt;B) ITO/电致变色活性层/凝胶电解质/ITO;C) ITO/电致变色活性层/导电滤纸/ITO。基于器件A,研究了2CN-3T、2CHO-3T、2COOH-BP3T、2CN-4T、2CH3O-4T、V-3T、2CN-X-5T、聚TPT、聚3T和聚5T膜的电致变色性能,并对其电致变色机理进行了初探。研究发现,在电化学掺杂和去掺杂时,这些齐聚噻吩及其衍生物表现出稳定、可逆的颜色变化。电化学掺杂前(或去掺杂),2CN-3T、2CHO-3T、2COOH-BP3T、2CN-4T、2CH3O-4T、V-3T、2CN-X-5T、聚TPT、聚3T和聚5T膜的颜色分别为黄色、浅黄色、黄色、黄色、橙黄色、无色、黄色、橙黄色、橙黄色和粉红色,电化学掺杂后颜色分别变为天蓝色、蓝绿色、蓝色、黄绿色、水绿色、天蓝色、黄绿色、灰蓝色、藏蓝色和蓝色。基于器件B,研究了2CHO-3T和聚3T膜的电致变色性能。在电化学掺杂和去掺杂的情况下,2CHO-3T膜表现出黄色和亮绿色的可逆变化,而聚3T膜表现出橙黄色和藏蓝色的可逆变化;基于器件C,在电化学掺杂和去掺杂的情况下,2CHO-3T膜也表现出黄色和绿色的可逆变化。在有机太阳能电池方面,以ITO玻璃和金属铝作为电极,分别用X-5T、X-7T、2CN-V-3T、2CN-X-5T和4CHO-X-7T作为电子给体材料,3,4,9,10-二萘嵌苯四甲酸二酐(PTCDA)作为电子受体材料,组装了p-n异质结有机光伏器件,器件结构为:ITO/齐聚噻吩及其衍生物/PTCDA/Al,对这些器件的光伏性能进行了研究。差示扫描量热(DSC)和X-射线衍射(XRD)的测试结果表明,真空蒸镀的X-5T膜具有非常好的结晶相态,而X-7T膜倾向于形成非晶相态,即无定形相态。在结晶相态的情况下,分子具有好的取向性,有利于载流子的迁移,有可能提高器件的光伏性能。器件的研究结果证实了这一预测,即器件ITO/X-5T/PTCDA/Al的光伏性能优于器件ITO/X-7T/PTCDA/Al。研究还发现,器件ITO/4CHO-X-7T/PTCDA/Al的开路电压高于器件ITO/X-7T/PTCDA/Al的开路电压,究其原因可能是4CHO-X-7T与PTCDA之间形成了分子间氢键,分子间氢键的形成有利于载流子的传输,使开路电压得到提高。4CHO-X-7T与PTCDA和4CHO-X-7T混合物的红外光谱表明,4CHO-X-7T与PTCDA间确有分子间氢键形成。