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有机半导体具有质量轻、柔性、分子结构多样易变和可大面积制备的优点。它作为活性层可广泛应用于有机场效应晶体管（Organic Field-Effect Transtistor,OFET）、有机太阳能电池（Organic Photovoltaic,OPV）和有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode,OLED）等领域,因此,备受学术界和商业界的关注。目前,OLED已经商业化,而OFET和OPV的发展相对滞后。有机半导体分子作为OFET和OPV器件的核心层材料,直接影响器件性能的高低。开发高性能材料有助于促进OFET和OPV的发展。因此,研究人员的首要研究工作便是设计合成高性能有机半导体分子。共振辅助氢键（Resonance-Assisted Hydrogen Bonding,RAHB）是指氢键供体和受体通过共轭双键连接的强氢键体系。RAHB广泛存在于配合物的中间体、分子识别物和分子开关以及合成子中,但是它的作用往往被研究人员忽视。目前,人们一直不断探索RAHB的新应用,它在有机半导体材料的设计中还未应用。本文首次将RAHB分子设计策略应用于有机半导体材料的设计合成中,对RAHB分子设计策略的有效性和适用性进行初步地探索研究。本论文的主要研究内容如下:（1）设计合成了基于噻唑并噻唑（TTZ）的含RAHB的构筑单元CTZ,通过Stille偶联反应得到三个聚合物PCTZ-T,PCTZ-TET和PCTZ-DPP。通过与不含RAHB的分子P3对比来研究RAHB对材料光、电性能的影响发现:（1）RAHB可降低材料的光学带隙;（2）RAHB这种非共价键相互作用可降低分子HOMO和LUMO能级,大约降低了0.2 e V左右;（3）通过对TTZ（不含RAHB）和CTZ（含RAHB）的单晶解析可知,RAHB改变分子构象的同时改变分子的堆积结构,TTZ分子呈鱼骨状堆积而CTZ分子则为一维层状堆积。层状堆积结构具有更有效的π-π堆积,大范围的π-π分子间相互作用,对电荷传输有利;（4）对CTZ和TTZ分子的理论计算结果表明,RAHB使得分子的极化率显著提高,偶极-偶极作用力增大可能会抵消部分静电斥力从而改变晶体堆积方式。为了探究三个聚合物的OFET性能,我们制备了基于上述材料的器件。研究发现,PCTZ-T表现为p-型的传输特点,平均空穴迁移率高达1.98 cm~2V-1s-1,这是目前含噻唑并噻唑类高分子材料在p-型OFET器件中取得的最高的迁移率,它远高于主链结构与其相同但侧链为烷基链的聚合物P3（不含RAHB）的OFET器件的平均空穴迁移率(0.076cm~2V-1s-1)。PCTZ-TET同样表现为p-型的传输特点,其最大迁移率为0.31 cm~2V-1s-1,而PCTZ-DPP则表现为双极性的传输特点,电子迁移率最高为0.036 cm~2V-1s-1,空穴迁移率最高为0.30 cm~2V-1s-1。实验结果表明RAHB分子设计策略是设计高性能有机半导体材料的一条有效策略。（2）设计合成了基于苯并双噻唑（BTZ）的含RAHB的构筑单元CBTZ,通过Stille偶联反应得到两个聚合物PCBTZ-E和PCBTZ-TT。通过与不含RAHB的PBTOT聚合物对比来研究RAHB对材料光、电性能的影响发现:（1）RAHB可降低材料的光学带隙;（2）RAHB降低分子的HOMO/LUMO能级,大约降低了0.2 e V左右;（3）通过对BTZ（不含RAHB）和CBTZ（含RAHB）的单晶解析可知,RAHB改变构象的同时改变分子堆积结构,BTZ分子呈鱼骨状堆积而CBTZ分子则为夹心状堆积。在OFET器件研究中,PCBTZ-E表现为p-型的传输特点,空穴迁移率最高达0.3 cm~2V-1s-1。PCBTZ-TT同样表现为p-型的传输特点,其最大迁移率为0.96 cm~2V-1s-1,它远高于主链结构与其相同但侧链为烷基链的聚合物PBTOT（不含RAHB）的OFET器件的最大空穴迁移率(0.01 cm~2V-1s-1)。RAHB的引入使得性能提升了两个数量级,说明该分子设计策略对于BTZ分子同样有效。（3）在前两章的研究基础上,本章设计合成了基于TTZ和BTZ的含RAHB的小分子CTZ-C8和CBTZ-C8。通过与不含RAHB的小分子BTZ对比来研究RAHB对材料光、电性能的影响发现:（1）RAHB降低分子LUMO能级,大约降低了0.1 e V左右;（2）通过对BTZ和CBTZ-C8的单晶解析可知,RAHB改变分子构象的同时改变分子堆积结构,BTZ分子呈鱼骨状堆积而CBTZ-C8分子则为夹心状堆积。CTZ-C8和CBTZ-C8两个分子结构上虽然只相差一个苯环,但是二者的晶体堆积结构完全不同。CBTZ-C8为夹心状堆积而CTZ-C8为一维层状堆积,这种堆积方式更有利于载流子的传输。在OFET器件研究中,CTZ-C8表现为p-型的传输特点,空穴迁移率最高达0.1 cm~2V-1s-1高于CBTZ-C8的最大迁移率(0.06cm~2V-1s-1)。但是与相应的不含RAHB的分子BTZ对比可知,CBTZ-C8的迁移率高于BTZ的最大空穴迁移率(10-2 cm~2V-1s-1)数倍。实验结果说明RAHB分子设计策略对于小分子同样适用。（4）在前期的研究基础上,将RAHB分子设计策略应用于OPV中的给体高分子。我们利用含RAHB的构筑单元CTZ和CBTZ,通过Stille偶联反应得到三个聚合物PCTZ-B、PCBTZ-B和PCBTZ-TT。它们作为给体高分子分别与受体Y6共混制备OPV器件,来研究它们的OPV性能。材料的OPV性能测试结果显示:在最优条件下,高分子PCTZ-B的PCE最高达12.9%,其中Voc达0.85 V,Jsc高达21.9 m A cm-2,FF为69.2%。PCBTZ-B的PCE达9.9%,其中Voc达0.86V,Jsc高达20.4 m A cm-2,FF为56.7%。PCBTZ-TT是这三个聚合物中性能最高的,其PCE最高达13.6%,其中Voc达0.78 V,Jsc高达23.9 m A cm-2,FF为72.6%。上述三个聚合物的OPV器件性能都比较好,这表明RAHB分子设计策略在OPV领域同样是一种有效策略,这将扩大RAHB的适用范围,为非共价相互作用在有机半导体中的应用提供了新的视角。