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在过去的几十年里,人们对低能的金属到配体电荷转移(MLCT)激发态做了大量的实验和理论研究。基于MLCT发光的过渡金属配合物具有光稳定性好、斯托克斯位移较大、荧光寿命较长等优点。其中以d6电子八面体构型配合物的Ru(Ⅱ)、Os(Ⅱ)、Re(Ⅰ)、Ir(Ⅲ)多联吡啶配合物,在光电转换、超分子自组装及荧光探针等领域研究最为广泛。本论文选题主要围绕基于MLCT发光的过渡金属配合物的设计、合成及其在细胞标记和化学传感等领域应用展开。论文共分为五章：第一章概述了光化学和光物理基本过程。综述了基于MLCT发光的过渡金属配合物在光化学传感器和生物领域的应用第二章合成了一系列配体L1、L2、L3、L4和L5及其相应基于MLCT发光的Re配合物Re-A、Re-B、Re-C、Re-D和Re-E。系统研究了这些Re配合物的光学属性。计算发现这些配合物具有优秀的疏水性能。通过对这些配合物和双亲性三嵌段聚合物F包裹,构建了功能性核壳纳米粒子F-A、F-B、F-C、F-D和F-E。以F-B为例,研究了新构建的纳米粒子在细胞成像标记和DNA转染中的应用。研究表明,新构建的纳米粒子不但可以用来标记细胞,也可以作为DNA的载体,用于基因表达。这是首次应用非常疏水的金属配合物和双亲性聚合物构建功能纳米粒子,为金属配合物应用于生物领域提供了一个新的方法。该项工作已发表：Chem. Commun.,2009,6759-6761。第三章成功以4-甲基吡啶为基本原料经过六个步骤合成了具有氨基硫脲结构的联吡啶配体L6,从而合成了基于MLCT发光的Ru(Ⅱ)配合物Ru-G。研究发现配合物Ru-G和Hg2+反应后,MLCT最大吸收蓝移了50 nm,并且相应增强；荧光发射强度增强了约2.7倍,溶液颜色相应由棕褐色变为亮黄色。而其它金属离子(Ag+、Cu2+、Pb2+、Cr2+、Ni2+、Fe3+、Co2+、Cd2+、Zn2+、Mn2+和Mg2+)的加入均不能够使配合物Ru-G的紫外吸收和荧光发射光谱发生明显变化。Ru-G可以作为优秀的化学传感器单一选择识别Hg2+第四章合成了L7、L8、和L9及其相应基于MLCT发光的金属配合物Re-H、Re-I、Re-J和Ru-K。其中Re-H和半胱氨酸或高半胱氨酸反应后,其MLCT最大吸收蓝移了30 nm,荧光发射强度显著增强。实验证明Re-H可以作为性能较好的半胱氨酸和高半胱氨酸光化学传感器。第五章总结了本课题研究结论和成果。