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酞菁、卟啉是由四个异吲哚或吡咯氮原子构成的具有大环共轭体系的化合物,由于分子内不同程度的π-π相互作用,表现出优良的热稳定性、化学稳定性以及独特的光学、电学、磁性性质,因此近几年在分子电子学、分子信息存储、非线性光学和材料科学等领域受到了广泛的研究。除此之外,其外围有多个可取代的位置,通过引入不同类型的取代基,能够调节分子的能级、提高化合物的溶解度,易于通过分子设计和内部结构的调节以获得高性能的半导体性质,更重要的是其中心的四个异吲哚或吡咯氮原子能够与一系列金属离子络合,能够形成具有夹心型的三明治型配合物,该类配合物不仅具有内在的空气中稳定的双极型半导体性质,且良好的催化活性使之成为很好的仿酶模型化合物的候选体,这为酞菁、卟啉基半导体材料在场效应晶体管和化学传感等性能提升的研究领域提供一个全新的取材和巨大的发展空间。本论文设计合成了多种单层及双层、三层等三明治型稀土酞菁、卟啉配合物,对其场效应晶体管或化学传感性能研究,并综合内部结构和表面形貌的表征,探索了分子结构、组装形式和半导体性质之间的内部关系,并得到了多个性能优异的半导体器件和高灵敏的化学传感器。主要研究内容如下:1、基于三层酞菁铕配合物的形貌可控的双极性有机场效应晶体管性质的研究成功合成了一种新型的具有低LUMO能级（–4.0 eV）和窄HOMO-LUMO能差（1.13 eV）的三明治型萘氧基取代三层酞菁铕配合物Eu[Pc（ONh）8]3。并通过一种可溶剂化处理的quasi-Langmuir-Sh?fer（QLS）方法构筑的有机场效应晶体管（OFET）器件表现出空穴迁移率为（2.5±0.5）×10-6 cm2·V-1·s-1和电子迁移率为（2.3±0.3）×10-6cm2·V-1·s-1的空气中稳定且平衡的双极性半导体性质,将原始QLS膜（纳米颗粒状）放入邻二氯苯的蒸汽气氛中,分别在60、80、100和120℃温度下,进行溶剂退火处理,在不同温度的溶剂氛围下,由于定向附着和奥斯特瓦尔德陈化作用的协同作用,初始薄膜中的纳米颗粒分别定向二维生长成无序多边形（60℃）、准四边形（80℃）、正方形（100℃）及四叶草形（120℃）的二维结构。这种形貌和结晶度的调节同样伴随着OFET器件性能的改善。其中,基于结晶性最好的具有正方形形貌的溶剂蒸汽退火（SVA）微片的FET器件,展现出空气中稳定且性能优异的0.11±0.03 cm2·V-1·s-1的空穴迁移率以及0.06±0.02 cm2·V-1·s-1的电子迁移率。2、超高性能的混杂卟啉/酞菁三层配合物与石墨烯基异质结型场效应晶体管制备能够同时提供高电荷传输和空气中稳定的晶体管,是下一代微光电器件的迫切需求。本章首次将还原的氧化石墨烯（rGO）高导电性的优点和三明治型混杂卟啉/酞菁三层稀土配合物（Pc’）Eu（Pc’）Eu[TP（OH）PP]{Pc’=Pc,[Pc（OPh）8]}（1,2）空气中稳定的双极性半导体材料的特点相结合,利用两步溶剂处理的方法构筑了两种异质结型场效应晶体管,1/rGO（HFET-1）和2/rGO（HFET-2）。两种异质结的FET器件均表现出空气中稳定的双极性质,并且电子和空穴迁移率相对于单一的两种三层分子的半导体性质有了107108倍的提高。特别的是,由于“累积型”异质结作用模式的存在,HFET-2器件表现出了超高而且平衡的空穴(30.9 cm2 V-1 s-1)和电子(39.6 cm2 V-1 s-1)迁移率,开关比达到103,是目前报道的空气中稳定的双极型OFET器件迁移率的最高值。3、双层酞菁铕半导体材料的双极型高灵敏度响应的传感性质研究设计合成了两种萘氧基取代的三明治型双层酞菁铕配合物Eu（Pc）[Pc（ONh）8]（1）和Eu[Pc（ONh）8]2（2）,利用可溶剂处理的方法得到组装体后,构筑了对NO2和NH3气氛具有高灵敏度的化学传感器。其中,具有良好导电性、较高结晶度以及大比表面积的Eu（Pc）[Pc（ONh）8]（1）的自组装体对于氧化性的NO2和还原性的NH3分别在50250ppb和2.512.5 ppm范围内表现出了极好的传感性质。并且,由于分子间强烈的相互作用,使分子与分子之间排列形成了尺度统一的纳米颗粒,使得这种酞菁类配合物的化学传感器在室温下对NO2和NH3气氛表现出了较高灵敏响应。有趣的是,基于不对称双层酞菁铕配合物Eu（Pc）[Pc（ONh）8]（1）的传感器件对于氧化性气体NO2表现为n型响应而对于还原性NH3则呈现p型响应,这是目前所报道的首例具有双极型响应的电荷转移的单组分有机半导体材料的气体传感器。然而,在两个酞菁环外围有16个萘氧基的Eu[Pc（ONh）8]2（2）组装体对强氧化性气体NO2在相当高的灵敏度（0.51.5ppm）下只显示了n型响应;对弱还原性气体NH3不敏感,这是由体积较大的萘氧基的空间位阻效应以及自组装体自身的缺陷导致的。4、卟啉-柱芳烃识别体系的构筑及其电化学识别性能研究首次将具有分子识别特性的柱芳烃以共轭的共价键的形式引入卟啉环的周边,设计合成了以卟啉大环平面共轭分子作为电学活性中心,柱[5]芳烃空腔作为特异识别位点的结构新颖的卟啉-柱芳烃主客体识别体系H2[T（C≡C-P5）PP],发现将柱芳烃引入到卟啉的取代位置后,抑制了卟啉的聚集,形成了高结晶性的一维棒状自组装体。且利用该组装体修饰的ITO电极在对邻、间、对苯二酚的PBS溶液中进行循环伏安测试,发现该修饰电极由于柱芳烃的主客体尺寸识别特性能够选择性的区分出三种同分异构体。