国际上大规模地研发有机电致发光二极管(OLEDs)已经有三十多年历史，人们普遍认为从阳极和阴极分别有效地注入空穴和电子是得到高效的OLED器件的关键因素。这就要求理想的电致发光(EL)材料不仅需要具备优异的发光性能，还需要具备良好的电子和空穴传输能力。嘧啶和1,3,4-噁二唑衍生物由于具有高电子亲和势、良好的电子注入和传输性能、高光致发光量子效率和优良的热稳定性，既可用作为电子传输材料，又可充当发光材料和主体材料，因而在OLEDs领域有着广泛的应用。以嘧啶或1,3,4-噁二唑衍生物为环金属C^N配体或N^N辅助配体还可以有效地提升铱(III)配合物的光电性能。另一方面，由于嘧啶单元上N原子与金属离子具有强的配位作用，嘧啶衍生物还具备作为检测特定金属离子的荧光探针的潜质。因此，在本论文中，我们设计并合成了一系列新的嘧啶类衍生物、1,3,4-噁二唑衍生物及铱(III)配合物，并实现了它们在有机电致发光器件或化学传感中的应用。具体研究如下：1.含嘧啶端基的双极发光材料的合成、光物理性质和理论研究我们设计并合成了一系列以咔唑或三苯胺为p-掺杂型核、以嘧啶为n-掺杂型端基的双极发光材料PM1-PM5。结合紫外-可见光吸收光谱、发射光谱、循环伏安和量子化学理论计算系统地研究了它们的光电性能。在室温下，该系列PM化合物在DCM溶液中发较强的荧光，光致发光量子效率为~53%93%。在咔唑或三苯胺核上引入更多的嘧啶端基使得材料在DCM溶液中的最大发射峰发生蓝移。循环伏安测试证明这些PM化合物的HOMO能级随着引入的嘧啶端基的数量增多而轻微下降。含咔唑单元的PM1和PM2分子的LUMO能级均比CBP(4,4’-二(9H-咔唑-9-基)联苯)的低，表明它们具有比CBP更好的电子注入和传输能力。从密度泛函理论(DFT)计算获得的能级和吸收光谱变化趋势与实验值一致。理论计算结果表明，通过改变嘧啶端基的数量可以有效地调节PM化合物的电子亲和势和电子重组能。PM2和PM5分子的空穴重组能与电子重组能差值很小，说明它们具备成为高效的双极材料的潜力。2.基于嘧啶衍生物的铱(III)配合物的合成及其应用我们设计并成功合成了一系列以4,6-双取代嘧啶衍生物为C^N配体和2-吡啶羧酸为N^O配体的铱(III)配合物，并通过核磁共振谱和质谱进行了结构分析。该系列C^N配体分别为4,6-二(2,4-二氟苯基)嘧啶(FPF)、4,6-二苯基嘧啶(PPP)、4,4’-(嘧啶-4,6-基)-二(N,N-二苯基苯胺)(TPT)、4,6-二(萘-1-基)嘧啶(NPN)、6-(2,4-二氟苯基)-N,N-二苯基嘧啶-4-胺(DPF)、N,N,6-三苯基嘧啶-4-胺(DPP)和6-(4-(二苯基胺)-苯基)-N,N-二苯基嘧啶-4-胺(DPT)，相应的铱(III)配合物依次命名为FPFIrpic、PPPIrpic、TPTIrpic、NPNIrpic、DPFIrpic、DPFIrpic和DPTIrpic。利用X-射线单晶衍射对铱(III)配合物DPPIrpic和DPFIrpic的单晶结构进行解析。通过在C^N配体上引入吸电子的氟取代基、给电子的三苯胺取代基或-萘基来改变C^N配体的化学结构，实现了对铱(III)配合物的发射波长的调节，成功地得到一系列发射波长覆盖天蓝光(480nm)至红光(594nm)区域的嘧啶类铱(III)配合物。其中，以基于非对称C^N配体DPF的铱(III)配合物DPFIrpic的磷光发射波长最短，归因于氟取代基的吸电子特性以及N,N-二苯基与嘧啶环的直接连接使得分子的共轭性降低。用铱(III)配合物DPPIrpic和DPTIrpic作为磷光掺杂客体制备了高效的绿光聚合物电致发光器件(PLEDs)。经过器件优化，当DPPIrpic和DPTIrpic在聚乙烯基咔唑(PVK)和2-(4-叔丁基苯)-5-(4-联苯基)-1,3,4-噁二唑(PBD)混合主体材料中的掺杂比例为2.0wt%时，器件具有最优化的综合发光性能，最大外量子效率分别为9.18%和7.92%，最大电流效率分别为14.28cd/A和15.65cd/A，且在亮度为1000cd/m2时的电流效率仅滑落5.39%和14.76%，表明基于DPPIrpic和DPTIrpic的PLEDs具有稳定的效率。3.基于4-(芘-1-基)-嘧啶的比色和比率法Hg2+荧光探针我们设计合成了一种新的基于4-(芘-1-基)-嘧啶(PPM)的Hg2+荧光探针，并通过紫外-可见光吸收光谱、荧光发射光谱以及1H NMR实验研究了PPM对Hg2+的响应过程。化合物PPM对Hg2+的响应具有高选择性和抗干扰性。在PPM乙腈溶液中，加入Hg2+后，其吸收光谱在可见光区域出现新的吸收带(400nm-500nm)，溶液颜色由透明无色变为黄色，实现了可见光激发下的Hg2+裸眼检测。另外，Hg2+的加入使得PPM乙腈溶液在440nm处的强蓝光发射被淬灭，并伴随着在545nm处出现新的绿光发射峰，实现了比率法荧光检测。结合紫外-可见光吸收光谱、荧光发射光谱以及1H NMR实验，初步推测出PPM对Hg2+的响应机理源自于PPM嘧啶单元中1-位上的N原子结合Hg2+并形成2:1(PPM-Hg2+)配合物。4.基于嘧啶-吩噻嗪衍生物的多功能Hg2+、Cu2+和ClO-荧光探针我们设计并成功合成了一个可以分别检测Hg2+、Cu2+和ClO-的多功能荧光探针PzDPM(10-乙基-3,7-二(嘧啶-4-基)-10H-吩噻嗪)。该探针化合物由可以络合Hg2+的4-单取代嘧啶端基和既作为发色基团又可以与Cu2+/ClO-发生化学反应的吩噻嗪核构成。在乙腈溶液中，PzDPM可以通过与Hg2+的配位作用或与Cu2+发生氧化反应两种方式，分别作为检测Hg2+的荧光淬灭型探针或检测Cu2+的比率法荧光探针。在此基础上，以Hg2+/Cu2+的加入作为输入信号，以PzDPM乙腈溶液的发光性质作为输出信号，构建了简单的“双输入”INH和NOR逻辑门。另一方面，化合物PzDPM在缓冲溶液(1:4(v/v) MeCN:Tris HCl (10mM, pH=7.0))中几乎不发光，而ClO-的加入使得该溶液荧光增强幅度高于110倍，可作为检测ClO-的高选择性高灵敏性的荧光增强型探针。PzDPM在本文研究所述条件下分别检测Hg2+、Cu2+和ClO-的检测极限均达到10-7M水平，具有较高的灵敏度。5.含1,3,4-噁二唑N^N配体阳离子型铱(III)配合物的合成、应用、聚集诱导磷光发射和压致变色研究我们设计合成了一系列以2-(2,4-二氟苯基)-吡啶(dfppy)为C^N配体、以2-芳基-5-(2-吡啶)-1,3,4-噁二唑衍生物Ln(n=1-5)作为N^N辅助配体的阳离子型铱(III)配合物FIrLn(n=1-5)。其中，L1=2-(5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-基)-吡啶、L2=N,N-二苯基-4-[5-(吡啶-2-基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯胺、L3=9-{4-[5-(吡啶-2-基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯基}-9H-咔唑、L4=9-苯基-3-[5-(吡啶-2-基)-1,3,4-噁二唑-2-基]-9H-咔唑、L5=N,N-二苯基-4’-[5-(吡啶-2-基)-1,3,4-噁二唑-2-基]联苯基-4-胺；相应的铱(III)配合物命名为FIrL1-FIrL5。结合DFT和TD-DFT理论研究，研究了N^N辅助配体的空间扭转结构对铱(III)配合物FIrLn(n=1-5)的光物理性质和分子轨道能级的影响。通过简单地调节芳香取代基的空间立体结构可以有效地调控该系列阳离子型铱(III)配合物的聚集诱导磷光发射性质和压致变色性质。铱(III)配合物FIrL2展现出最为显著的聚集诱导磷光发射性质和压致变色性质，归因于其N^N辅助配体含有最容易发生扭转的三苯胺取代基。基于FIrL2的这两种性质，通过施加溶剂书写和涂抹等外界刺激作用可实现基于铱(III)配合物FIrL2的多通道的可逆的发光改变。用铱(III)配合物FIrLn(n=1-3)作为磷光掺杂客体制备了黄光PLEDs。经过器件结构优化，当FIrL3在PVK-PBD主体材料中的掺杂比例为1.0wt%时，器件具有最优化的综合发光性能，最大发光亮度为4100.8cd/m2，最大外量子效率为4.75%，最大电流效率为9.28cd/A。