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钌(Ⅱ）和铼(Ⅰ)配合物具有优异的光化学、光物理和氧化还原性质，在生物无机化学和材料化学方面一直是研究热点。本研究主要涉及钌(Ⅱ）和铼(Ⅰ)配合物的合成和DNA键合、电致发光、染料敏化太阳能光电转化和酸碱性质研究以及静电自组装膜的光电性质研究。具体包括如下内容：
⑴合成了如下六个钌(Ⅱ）配合物和一个铼(Ⅰ)配合物：[Ru2(bpy)4(L1-3)](C1O4)4,Ru(bcpip)(bpy)2(ClO4)2,Ru(tcpip)(bpy)2(ClO4)2,Ru(bcpip)(dcbpy)(NCS)2和Re(CO)3(BIZ)(Py)，其中bpy=2，2-联吡啶，dcbpy=4，4-二羧酸-2，2-联吡啶，L1=1，2-二(4-(1H-咪唑[4，5-f][1，10]菲咯啉）苯氧基）乙烷，L2=4，4-[氧二(1，2-二氧乙烷)]二-1H-咪唑[4，5-f][1，10]菲咯啉，L3=2，2-[1，2-乙烷二(氧-1，2-二氧乙烷-4，1-苯撑）]二-1H-咪唑[4，5-f][1，10]菲咯啉，bcpip=2-(4-(9H-3，9-二咔唑-9-)苯基)-1H-咪唑[4，5-f][1，10]菲咯啉，tcpip=2-(4-(3-(9H-咔唑-9-)-9H-3，9-二咔唑-9-)苯基)-1H-咪唑[4，5-f][1，10]菲咯啉，BIZ=去质子化的2-(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-)苯酚，Py=吡啶。利用红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、电化学循环伏安技术、质谱、元素分析和核磁共振氢谱对所合成的化合物进行了表征。测定了配合物Re(CO)3(BIZ)Py的单晶结构。
⑵测试了六个钌配合物和一个配体的酸碱性质。烷氧链系列钌配合物[Ru2(bpy)4(L1-3)](ClO4)4都为双核配合物，主要是由咪唑环调控配合物的酸碱性质，其光谱有类似的变化过程。配合物Ru(bcpip)(bpy)2(ClO4)2和Ru(tcpip)(bpy)2(ClO4)2，主要是由咪唑环调控配合物的酸碱性质。由于咔唑基团是给电子基团，其增加了配体上的电子密度，使咪唑环上的氮原子酸性增强，拟合得到的酸碱电离常数要小于不带咔唑基团的结构类似钌配合物。配合物Ru(bcpip)(dcbpy)(NCS)2是由咪唑环和羧基两个基团来调控配合物的酸碱性质。通过光谱的变化，并不能完全反映配合物中得失质子的过程。配体HBIZ由咪唑环和羟基两个基团来调控其酸碱性质，得失质子对其光谱的变化影响很大，其荧光强度开关比达到290，是一个很好的pII分子光开关。
⑶测试了钌配合物[Ru2(bpy)4(L3)](ClO4)4和铼配合物Re(CO)3(BIZ)(Py)的光电转化性质。钌配合物[Ru2(bpy)4(L3)](ClO4)4和普鲁士蓝通过静电自组装的方法分别沉积到石英基片和ITO基片上形成多层杂化薄膜，并测试了其紫外-可见吸收光谱，电化学循环伏安和光电性质。铼配合物Re(CO)3(BIZ)(Py)通过旋转涂膜的方法把其沉积到ITO基片上制成用于光电测试的薄膜。通过优化配合物Re(CO)3(BIZ)(Py)的旋涂液浓度，其为4mg/mL时能够得到最大的光电流。当工作电极上施加负偏压时，光电流的产生是稳定、快速的，在偏压是-0.3V时，得到最大的稳定光电流为0.55μA/cm2。在光电流产生的过程中，支持电解质中溶解的氧气起到了重要的作用。
⑷测试了三个带有不同长度烷氧链的双核钌配合物[Ru2(bpy)4(L1-3)](ClO4)4的DNA键合性质。这三个双核钌配合物在其紫外-可见光谱DNA滴定过程中，在287nm附近的以联吡啶为中心的π-π*跃迁吸收峰减色率较为明显，分别达到47％，39%和45%，通过拟合得到的键合常数Kb和键合位点n的值为：配合物1：Kb=(5.7±1.6)×107M-1，n=1.85±0.02;配合物2：Kb=(7.5±3.1)×107M-1，n=1.47±0.02;配合物3：Kb=(9.5±2.5)×107 M-1，n=0.92±0.01。紫外-可见吸收光谱和EB竞争实验表明带有不同长度柔性桥的配合物1-3与DNA有很强的键合力，键合常数在107M-1数量级，比文献报道的其单核类似配合物[Ru(bpy)2(p-mopip)]2+大三个数量级。与单核类似配合物相比，配合物1-3具有增加较多的键合力和差别不大的插入深度，可以得出结论：配合物1-3与DNA很可能以缠绕双插入模式键合，此种键合模式增强了配合物的DNA键合力，而对于保护配合物免受[Fe(CN)6]4-淬灭和增加DNA双螺旋长度的能力和单核配合物类似。
⑸制备了配合物[Ru2(bpy)4(L1-3)](ClO4)4和Ru(bcpip)(bpy)2(ClO4)2的电致发光器件。制作的电致发光器件都是全固态器件，阴极采用Ga:In合金(75.5:24.5wt%，mp15.7°C)，阳极采用ITO玻璃，中间夹有离子型的钌配合物，形成一种三明治结构的单层电致发光器件。器件发光层采用旋涂技术制备薄膜，金属电极用注射器滴加，细铜丝与外部连接，采用封装剂封装，制作工艺简单。基于配合物[Ru2(bpy)4(L1-3)](ClO4)4和Ru(bcpip)(bpy)2(ClO4)2的电致发光器件启亮电压(器件亮度达到1cd/m2时的电压）分别为2.3V、2.4V、2.4V和2.7V，最大亮度分别为310cd/m2(5.8V)、265cd/m2(5.8V)、310cd/m2(5.5V)和280cd/m2(6.2V)，最高流明效率分别为0.19lm/W(43cd/m2，2.7V)、0.07lm/W(44cd/m2,2.7V)、0.07lm/W(100cd/m2,3.3V)和0.025lm/W(224cd/m2,5.5V)。所有测试器件的延迟时间均小于2秒。
⑹制备了TiO2纳米晶薄膜电极，并用染料分子Ru(bcpip)(dcbpy)(NCS)2对薄膜电极进行敏化，通过吸收光谱，红外光谱和瞬态吸收光谱对染料敏化的薄膜电极进行了表征，并组装成太阳能电池进行了电池性能测试。基于染料Ru(bcpip)(dcbpy)(NCS)2的TiO2纳米晶薄膜瞬态吸收光谱半衰期为129.5微秒，理论计算该染料LUMO能级在-2.95eV，比TiO2的导带底要高，在理论上能够作为有效的光敏剂。该染料组装的太阳能电池IPCE在400-600nm范围内大于43%，其最大IPCE为83%，其短路光电流(Jsc)为20.2mAcm-2，开路光电压为693mV，填充因子为63.2%，总的光电转化效率达到8.9%，其电池性能要远远大于不带咔唑基团的染料分子，并且其电池性能要超过标准染料N3，同时咔唑基团的引入使染料分子的亲水性减弱，进一步提高了染料的吸附稳定性。