聚芴／齐聚芴及其衍生物一直以来在电致发光材料领域中有着重要的应用。它以高效的光致发光效率,合成简便、结构上易于修饰的特点受到研究者们的广泛关注。近年来,利用其高效荧光发射的特点,聚芴也被广泛用于荧光化学／生物传感材料的研究。迄今为止,聚芴／齐聚芴作为一类优良的蓝光材料备受瞩目,有关聚芴类材料的绿光发射却鲜见报道,除了一些关于芴酮缺陷以及组装引起的绿光发射以外。本论文首先发现,在一类侧链连接有N,N’-二羟乙基苯胺基团的三聚芴中,出现双重荧光发射,在单一极性溶剂中,除了芴的特征蓝光发射以外,还同时出现有绿光发射峰,且蓝光很弱,绿光发射表现出明显的溶剂效应。为研究这一特殊的发光现象,本论文进一步合成了一系列带有不同侧链取代基的三聚芴,测试了它们的光物理性质,并结合理论计算,证实在这类三聚芴中存在螺共轭这样一种通过空间轨道重叠进行的电荷转移作用。同时,将这种特殊的功能单体引入聚芴高分子,发现这一电子效应在高分子中同样存在。利用其特殊的发光机制,成功的实现对汞离子的检测。在此基础上,本论文也尝试将不同的检测基团引入聚芴的侧链,得到对不同客体离子进行识别的荧光化学传感材料。本论文内容分为两部分。第一部分是关于新型三聚物及其发光机理的研究(包括第二至四章)。第二部分是关于含有功能基团侧链的聚芴及其在荧光传感中的应用(第五至八章)。各章主要内容简介如下：第一章是绪论。首先简要的介绍了荧光的相关基础知识,然后重点介绍了目前文献报道中常见的几类电荷转移现象,特别是螺共轭电荷转移的研究进展；从中继体机制的角度介绍了几类荧光传感分子,并结合共轭高分子的性质,综述了基于共轭高分子的荧光传感材料的研究。最后,阐述了本论文的设计思想和研究内容。第二章报道一种新型以N,N’-二羟乙基苯胺为侧链的三聚芴TFOH,在单一极性溶剂THF中发绿光,通过与其类似结构的三聚芴TFP(侧链只有苯环取代基)以及TSFOH(三聚芴两边的发色团为螺芴,中间芴仍然与N,N’-二羟乙基苯胺相连)光物理性质的比较,发现TFP在各种极性溶剂中均发很强的蓝光,而TSFOH与TFOH性质相似,在THF中也发绿光,且绿光发射随着溶剂极性增加显著红移。排除了聚集及芴酮缺陷引起的绿光发射,我们初步推测其发光机理为一种类似TICT的机制：即通过侧链N,N’-二羟乙基苯胺中C-N单键的旋转而影响其发光的,在薄膜或高粘度溶液中,这一转动作用受到限制,绿光发射发生蓝移。第三章为进一步研究三聚芴双荧光发射及其发光机理,合成了两个新的三聚芴分子,TFPJ和TFPJH,其侧链久洛尼丁基团中苯环上C-N单键的旋转完全被限制,根据上一章中的推论,是不会形成电荷转移态的。然而通过荧光测试发现,这两个分子仍然具有双重荧光发射,且长波长处的发光较TFOH更为红移。表明侧链苯环上C-N键的旋转不是产生绿光发射的根本原因。通过理论计算对其激发态的研究,表明这种特殊的荧光发射是来自于一种通过空间轨道重叠发生的螺共轭相互作用。据我们所知,这是首次发现螺共轭导致荧光发射的报道。第四章为进一步证实第三章中的双荧光发射机理,并探讨这种特殊的空间电荷转移作用的影响因素,设计合成了一系列三聚体分子,通过引入带有不同给电子能力的侧链取代基,改变芴环与胺基之间的连接方式,以及改变两边的芴环为苯环等方式来研究这一体系中电荷转移的影响因素。通过对这些三聚体光物理性质的研究,结合理论计算,得出结论：侧链的苯环及苯环对位具有给电子能力的N原子这两个条件同时满足才可能发生分子内电荷转移；中间芴旁边的芳环对电荷转移发射影响不大,主要是影响到整个分子的共轭长度。第五章将这一特殊的电荷转移发射现象应用于荧光化学传感研究中。带有N,N’-二羟乙基苯胺侧链的TFOH及以N,N’-二乙基苯胺为侧链的TFN,可以在有机相中实现对汞离子的高选择性、高灵敏度检测,且识别过程可逆。另外,合成以N,N’-二乙基苯胺为侧链的水溶性三聚体WTFN,可以在乙醇-水的混合体系中高效识别汞离子。这一检测过程利用了三聚芴分子中侧链上富电子的N原子可以与金属离子发生配位作用的特点,降低其给电子能力,从而限制了电荷转移作用,导致三聚体发光显著变化。第六章将具有螺共轭效应的功能单体引入高分子中,研究这一效应在高分子中是否仍然存在。通过与侧链为烷基链的芴单元共聚得到高分子PFOH,同时合成对比高分子PHOH,其中芴与侧链的二乙醇胺单元通过正己基链相连,侧链没有刚性的苯环。测试发现,PFOH与其对应的三聚芴TFOH具有相似的光物理性质,在THF中也发绿光,但是绿光峰明显较弱,只是以肩峰存在,且仍然具有明显的溶剂效应。通过详细的光物理性质的研究,证实在将功能单体聚合成高分子后,螺共轭效应仍然存在。同时,高分子PFOH也可以对汞离子进行高效的识别,荧光发射发生由绿光到蓝光的显著改变。而PHOH的性质与PFOH形成鲜明的对比：它仅仅表现出很强的芴的特征蓝光发射,且对任何金属离子均无响应。第七章以N,N’-二乙基苯胺为侧链合成两个高分子PN1和PN2,其中N,N’-二乙基苯胺在PNl中的含量远大于PN2。根据前面几章的分析,这两个高分子中也是有电荷转移作用的,因此也具有绿光发射。通过比较它们各自的光物理性质,发现这类高分子发光与侧链上N,N’-二乙基苯胺的含量密切相关,其含量越高,高分子的绿光发射就越强。同样,它们均对汞离子表现出明显的荧光响应。汞离子的加入使高分子的荧光发射从原本的蓝绿光／绿光突变为蓝光。这是为数不多的利用比率荧光变化来识别汞离子的高分子体系。第八章首次将N杂冠醚基团和尿素基团引入聚芴侧链,通过Suzuki偶联反应合成两个新的聚芴分子,分别研究了它们对金属离子和各种阴离子的响应情况。侧链为冠醚取代的高分子在所检测的金属离子中,仅对硫酸铜表现出很高的选择性和灵敏度,而对于其它阴离子的铜盐的响应很小。通过分子模拟,推测了在此配位过程中,阴离子硫酸根离子起到了协同配位的作用。这也是首次报道的通过对离子的协同配位来实现对硫酸铜的高效识别的体系。而侧链为尿素的高分子是通过尿素基团与对应阴离子之间的氢键相互作用来实现对阴离子的检测的。这也是首次将尿素单元引入聚合物侧链作为接受体单元来识别阴离子的体系,利用了聚芴的高效蓝光发射特性将其作为信号的输出单元,同时结合尿素的氢键给体特性,对于新的化学传感体系的开发提供了新的思路。