氮氧自由基是分子基磁体的基本的构筑单元，氮氧自由基-金属配合物的形成为设计分子铁磁体提供了有效的途径；另外，氮氧自由基可以作为电子给体，又可以淬灭荧光。本论文围绕氮氧自由基的这些特点，在氮氧自由基及其配合物的结构、磁性、电化学及荧光光谱方面开展了研究。主要工作总结如下： 1.合成了一系列外消旋和光学活性的手性联萘取代的双氮氧自由基体系，利用元素分析、高分辨质谱、红外光谱、紫外光谱、顺磁共振、圆二色谱、变温磁化率等进行了表征和性质研究。解析了三种双自由基的晶体结构，结果表明，将两个羟基烷基化，通过调控烷基链的长短，可以使两萘环的二面角发生改变，从而影响了自由基之间的磁相互作用。 2.利用4-喹啉氮氧自由基和六氟乙酰丙酮过渡金属，成功地合成了一些结构新颖的多核杂自旋体系，晶体结构分析表明：Mn(Ⅱ)，Co(Ⅱ)和4-喹啉氮氧自由基组成了环状、二聚、1：1的四核杂自旋体系，而Cu(Ⅱ)和4-喹啉氮氧自由基在相同的条件下得到一维交替链。对这些化合物的磁性进行了测试，并进行了理论拟合。 3.合成了两个含荧光基团芘的氮氧自由基，利用自由基可以淬灭荧光的特点，通过化学输入截断其淬灭荧光的途径，从而调控芘氮氧自由基荧光的强度，这种操作模拟了“AND”逻辑门的行为，对其机理进行了研究；利用芘自由基的电化学行为，测定了其原位光谱，结果表明，通过氧化还原可以控制芘的荧光，形成了电化学荧光开关。