利用太阳能构建人工光合作用产氢体系是解决能源危机的理想途径。自20世纪70年代以来,以无机半导体和C3N4聚合物为代表的人工光合作用产氢研究受到国内外广泛关注,出版了大量文献。然而,无机半导体的数量十分有限且可见光利用率较低,大多数金属有机配合物和有机小分子在光照下易分解,在实际应用中受到极大限制。因此,发展化学稳定的π-共轭有机半导体光催化剂,设计构建人工光合作用体系,是今后光催化剂开发的主流方向之一。本论文以苝酰亚胺类衍生物为研究对象,开展了苝酰亚胺类有机半导体的设计合成,带隙调控,并以其为光敏剂或光催化剂,构建了三个人工光合作用产氢体系:(1)[PMI-COOH]n-(PVP-Pt),其中[PMI-COOH]n是N-己基羧酸-3,4-苝酰亚胺自组装形成的有机半导体光敏剂;(2)[PMI-K]n-(PVP-Pt),其中[PMI-K]n是N-赖氨酸-3,4-苝酰亚胺自组装形成的有机半导体光敏剂;(3)[PMI-COOH]n-(DuBois Ni-NH3+),其中DuBois Ni-NH3+是水溶性带正电的DuBois Ni(模拟唯铁氢化酶)。四个光催化活化氧体系:(1)[PMI-COOH]n;(2)[PMI-K]n;(3)[PDI-COOH]n,其中[PDI-COOH]n是N,N’-双己基竣酸-3,4,9,10-苝酰亚胺自组装形成的有机半导体光催化剂;(4)[PDI-K]n,其中[PDI-K]n是N,N’-双赖氨酸-3,4,9,10-苝酰亚胺自组装形成的有机半导体光催化剂。论文主要取得以下创新性的结果和结论:(1)设计合成出的PMI-COOH和PMI-K在DMSO中是以小分子形式存在,在水中自组装形成纳米片[PMI-COOH]n和[PMI-K]n。分别以[PMI-COOH]n和[PMI-K]n为光敏剂,PVP-Pt或DuBois Ni-NH3+为催化剂,H2A为牺牲剂的人工光合作用体系,光照5h后的产氢活性分别为 20.2 mmol/g,5.1 mmol/g 和 10.4 mmol/g,光照 20 h 仍然稳定。并且[PMI-COOH]n和[PMI-K]n活化氧主要产物是1O2。(2)设计合成出的PDI-COOH和PDI-K在DMSO中是以有机小分子形式存在,在水中自组装形成了纳米片[PDI-COOH]n和纳米线[PDI-K]n。[PDI-COOH]n活化氧主要产物是1O2,而[PDI-K]n主要产物是·O2·。这些实验结果表明,苝酰亚胺类衍生物可以自组装形成光热稳定的有机半导体,利用其为光敏剂构建的人工光合作用产氢体系表现出高效稳定的产氢性能。并且这类有机半导体光催化剂具有很好的活化氧能力。这些结果对今后设计高效人工光合作用体系具有重要的指导意义。