当前以自上而下的方法通过使用光刻和其它技术来实现硅基电子计算机元件的微型化。但是随着器件尺寸的逐渐减小（<100nm），面临的局限性也越来越多，比如成本、耗散热、电流泄漏等。为了促进信息技术的飞速发展，科学家们开始寻找进一步微型化的新途径新方法，体积小但性质活泼、易操作的化学分子引起了人们的注意。以有智能响应性质的化学分子为基础，采用自下而上的方法构建分子水平的器件具有非常大的应用前景。在分子识别领域，具有分子器件性质的光化学传感器能将分子识别的信息转化为光学信号传递给外界，从而使人与分子间的对话成为可能，架起宏观世界和微观世界联系的桥梁。对特定的目标物具有痕量检测、快速响应、灵敏度高、选择性好等优点。在分子器件中，由光化学传感器衍生出的分子逻辑门与硅基微处理器的功能模拟的联系是最常见的。其是在分子水平上模拟一些计算机必须的逻辑功能，以分子识别为基础，并在此基础上引入其他化学或光学信号，根据受体分子输出信号的变化设定合适的逻辑阈值，进行二进制编码，从而得到比较合适的分子逻辑功能，为未来的分子计算机提供理论基础和必要的分子水平的元件。本论文致力于寻找、设计并合成合适的受体分子，并详细研究了其在固体基质上以及在溶液中对阴阳离子的识别能力以及分子逻辑功能。本论文取得的成果如下：（1）设计并合成了罗丹明6G的衍生物，将其通过共价嫁接的方式固载到SiO₂纳米粒子的表面，得到纳米复合传感材料（Rh6G-SiO₂）。作为一种荧光猝灭型光化学传感器，该材料在酸性条件下对亚硝酸根离子的检测具有好的选择性以及高的灵敏度，最低检测浓度可达到1.2μM。并且其荧光强度表现出对亚硝酸根离子浓度的线性响应。而且对探针分子的固载有效地防止其从SiO₂基质上遗漏。另外，该材料对亚硝酸根离子的检测具有可逆性，可实现多次的重复利用。基于以上原因，该材料有望应用于检测水中的亚硝酸根离子浓度。（2）设计并合成了稀土铕的配合物Eu（DBM）3DPPZ，研究了其光物理性质。我们发现该配合物对醋酸根离子具有好的选择性，高的灵敏度，可以裸眼检测醋酸根离子，最低检测浓度为1μM。另外此配合物Eu³⁺的发射通过能量回传机理对氧分子敏感。基于此，这种“off-on”型的发光传感器以AcO^-和O₂为输入值，以Eu³⁺的发光强度为输出值能成功地模拟分子水平的IMP（IMPLICATION）门，即只有在氧气气氛下AcO^-离子不存在时Eu³⁺的特征发射输出值为“0”，其余情况为“1”。这是基于铕配合物的双输入IMP逻辑门的首次报道。（3）设计并合成了氨基硫脲类衍生物，该材料中2-羟基萘为荧光团和发色团。以不同离子为输入该材料的吸收光谱和发射光谱都有明显地变化。特别是当阴离子（F^-、AcO^-、H2PO4-）加入到DMSO/H₂O（V/V=9:1）的混合溶液中时，该材料光谱的改变说明其在识别阴离子时可在一定程度上避免水的干扰。基于此，以F^-、Zn²⁺为双输入值，以吸收值和荧光强度为输出值，设定合适的阈值，得到二进制的逻辑操作（两个OR门和一个NOR门），继续将Cu²⁺作为第三输入值，得到三输入三输出组合逻辑电路（OR门、NOR门和INHIBIT门）。该体系可为分子水平光学器件范围的拓展提供有用的信息。