苝酰亚胺是稠环芳酰亚胺家族中很有前景的一类分子，它们的化学结构易于修饰，并且具有优异的光电性能，因而得到了物理学家、化学家和材料学家的普遍关注。本论文从苝酰亚胺的结构以及性能两个方面展开，研究其作为超分子基本构筑单元在溶液中的自组装行为，以及作为受体材料在有机太阳能电池中的表现。此外我们开发了稠环芳酰亚胺家族中的另一类材料Terrylene酰亚胺及其衍生物，并且进行了初步的光伏性能研究。本论文的主要研究内容包括:　　1.我们设计并合成了葡萄糖功能化的苝酰亚胺衍生物，发现温度对组装形貌具有重要影响，在4℃和25℃分别获得扭曲纳米带以及微米片结构。纳米带和微米片的圆二色谱表现出强烈的双信号，说明其内在分子是以旋转手性的方式进行排列。通过调控温度，我们可以有效地控制形貌间的互相转变。为了更好地理解组装过程和机理，我们利用透射电子显微镜追踪纳米带和微米片的形貌演变过程。　　2.我们设计并合成了不对称的苝酰亚胺PBI和二并苝酰亚胺diPBI，使用二维核磁对diPBI和异构体进行区分。利用紫外可见吸收光谱对二元溶剂体系进行溶剂比例的筛选，确定最优组装条件，得到了规整有序的超分子结构，并使用多种研究手段对其形貌进行表征，其中diPBI组装得到的超薄纳米带最薄可达9nm。为研究分子排列以及组装机理，我们培养了PBI和diPBI的单晶，根据获得的组装结构参数和单晶对比，提出了可能的组装机理。　　3.我们设计并合成了两种结构类似的吡咯稠合苝衍生物NPD1和NPD2，研究它们在溶液中的自组装行为，其中NPD1吡咯稠合苝单元以单键相连，两单元扭曲;NPD2吡咯稠合苝单元以二键相连，两单元共轭。通过冷冻透射电镜对体系进行原位表征，发现构象差异的两种苝衍生物在四氢呋喃(THF)中具有不同的组装行为。它们在1 mM的THF中都可以形成纳米带，但是分子的堆积方式不同。由于分子共平面性的差异以及氢键的作用，对于NPD1，沿着氢键作用的方向为纳米带的长度方向;对于NPD2，沿着烷基链作用的方向为纳米带的长度方向。在已经获得的纳米带的基础上，我们向体系引入甲苯，进一步提高纳米带的尺寸。　　4.我们设计并合成了一类新型苝酰亚胺二聚体衍生物PPDI，分子内头对头的连接方式使得苝酰亚胺发色团成几乎九十度排列，有效地改善了分子整体的平面性。在此基础上，进一步优化分子的芳香单元，分别引入不同数量的氯原子和硫原子来调节吸收光谱、能级、分子的对称性，从分子设计角度来优化受体材料的分子结构。与此同时，我们选择经过优化的二维共轭聚合物PBDT-TS1作为给体材料，获得了超过5％的能量转化效率。初步的实验结果表明对称的分子结构更有利于能量转化效率的提高，这是因为不对称的结构内可能存在能量传递。　　5.在研究苝酰亚胺作为受体材料的基础上，为进一步筛选非富勒烯受体材料，我们开发了稠环芳酰亚胺家族中的另一类材料Terrylene酰亚胺(TDI)。为改变TDI的平面性，我们分别从以下两个方面对分子设计:(1)优化芳香单元，通过引入位阻取代基，形成非平面扭曲结构;(2)借鉴苝酰亚胺寡聚物的设计思路，合成TDI二聚体衍生物，分子内头对头的连接方式使得TDI发色团成几乎九十度排列，有效地改善了分子整体的平面性。最终我们设计并合成了两类TDI衍生物，它们的能级与苝酰亚胺类似，光谱拓宽并且最大吸收峰红移，是很有前景的非富勒烯小分子受体材料。初步测试太阳能电池能量转化效率超过4％。