与传统的检测方法（如离子选择电极法、伏安法、比色传感器）相比,由于荧光传感器的操作简单、灵敏度高、选择性好、快速的响应时间而被广泛的应用在检测、识别环境中和细胞中的金属离子。Zn²⁺在生物的生理过程起着重要的作用而Cd²⁺却是一种剧毒的物质,同时Zn²⁺和Cd²⁺具有相似的化学性质,难以消除彼此的严重干扰,因此设计合成能够高选择性检测Zn²⁺/Cd²⁺和双离子荧光化学传感器具有很大的挑战。Al是地壳中第三最丰富的元素,人类和动植物摄入Al³⁺量的多少会引起各种疾病,因此设计合成Al³⁺化学传感器迫在眉睫。相比以往对Zn²⁺/Cd²⁺/Al³⁺具有单一响应的化学传感器,设计合成具有多重响应的二芳烯Zn²⁺/Cd²⁺/Al³⁺化学传感器成为了热点。然而二芳烯化合物作为化学传感器检测金属离子尤其Al³⁺、Zn²⁺、Cd²⁺,仍然存在选择性差、发射峰波长较短、荧光量子产率较低等缺点。主要研究内容如下:第一章介绍了化学传感器、Zn²⁺、Cd²⁺、Al³⁺化学传感器的研究进展、二芳烯化合物的应用进展、基于二芳烯的Zn²⁺、Cd²⁺、Al³⁺化学传感器的研究进展,最后提出了本课题的研究内容。第二章设计合成了2种含6-（羟甲基）-吡啶甲酰肼的二芳烯化合物DT-1O和DT-2O,分别研究了其紫外光谱性质和荧光光谱性质。DT-1O在高能量紫外光照下,由烯醇式结构变为酮式结构。酸碱可以调控DT-1O的紫外吸收光谱。DT-1O和DT-2O在荧光行为的差异主要表现在对金属离子的识别,DT-1O可专一性检测识别Al³⁺,而DT-2O可专一性检测识别Zn²⁺。第三章合成了3种含喹啉肼基的二芳烯化合物DT-3O、DT-4O和DT-5O,并对其性质进行了测试。其中,DT-3O具有优越的的紫外抗疲劳性。DT-3O不仅选择性识别并区分Zn²⁺、Cd²⁺,还可以专一性识别HSO₄^-,可作为一个识别阴阳离子的多重识别化学传感器。DT-4O可专一性识别Zn²⁺,而DT-5O是对三价金属离子Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺的识别。第四章合成了2种含喹啉醛基二芳烯化合物DT-6O、DT-7O,并对其性质进行了测试。DT-6O和DT-7O均表现出较好的光致变色性质和抗疲劳性。实验表明,DT-6O可专一性识别Zn²⁺,络合Zn²⁺后绝对荧光量子产率可达0.89。通过活细胞生物成像技术,化合物DT-6O′在活细胞中可以观察到荧光。第五章合成了1种含萘啶基二芳烯化合物DT-8O,得到了晶体。碱不仅可促进DT-8紫外吸收闭环量子产率的增强,还可促使闭环态DT-8C荧光发射峰波长红移到680nm附近。DT-8O的pH的实验和抗干扰实验表明,其对Cd²⁺有专一性识别。最后通过核磁、质谱等方法进一步确定了DT-8O和Cd²⁺的络合位点及方式。