含杂原子的有机功能材料具有全碳材料难以实现的多样性和功能性。由于原子尺寸、电子性质、配位模式的不同,不同杂原子的掺杂能够有效的调节分子能级,影响分子间相互作用,同时提高分子的稳定性。对磷杂环戊二烯及其衍生物的研究作为磷杂环化学中极为重要的分支,近年来已经成为有机合成、配位催化、功能材料、生命医药等领域的热门研究方向之一。虽然空间四面体构型使磷上孤对电子不能与共轭二烯的π电子形成有效共轭,降低了分子的芳香性,但磷杂环戊二烯环外P-Rσ键可与环内共轭二烯π体系形成有效的σ-π超共轭作用,丰富了磷杂环戊二烯的反应性能;同时反键轨道的相互作用使得分子的LUMO能级降低,有利于电子的注入和传输。另外,磷原子具有丰富的可修饰性,可被氧化、硫化、烃基化、与金属配位等,使得仅对磷原子进行简单化学修饰便可有效调控整个分子的电子性质,这是其他杂环需要调整分子骨架才能达到的效果。因此,将磷原子引入π骨架为有机功能分子的设计和材料光电性能的优化提供了新的机遇。氮杂环,尤其是吡咯体系,多具有较强的荧光发射、优秀的载流子迁移能力以及良好的自组装性能,常被用于空穴传输材料、光敏材料、荧光探针或超分子自组装等。虽然磷杂环化学由于独特、可控的性质已经得到科学家较为深入的探索,氮杂环材料的研究更是非常成熟,但磷、氮共掺杂的杂环功能分子尚未得到广泛的关注。基于以上背景,我们设计并合成了几类同时含有磷、氮元素的杂环功能分子,通过对其结构和光电性质的表征,初步探索了磷氮功能分子在新型有机材料中的应用。第一章,按照功能分类对磷杂环戊二烯及其衍生物在有机功能材料(有机电致发光器件、有机光伏器件、荧光探针、分子开关等)中的应用进行了系统的介绍,同时对新兴的磷、氮共掺杂材料进行了简单的描述。第二章,介绍以1,3-氮磷杂环戊二烯为基本单元、吡咯[1,2?a]并喹啉为分子骨架的新型功能分子的合成、表征与光学应用。研究了不同π共轭长度、不同磷原子修饰对1,3-氮磷杂环戊二烯光学、电化学性质的影响。高效、稳定的1,3-氮磷杂环戊二烯分子可作为发光层客体材料应用于TADF敏化的高效有机电致发光器件。同时,良好的膜透性、极低的细胞毒性也预示了该类分子在生物成像、细胞探针等领域的应用潜力。第三章,我们提出了高效构筑磷氮梯形并苯类分子的新方法:分子内P-Cl键与吡咯体系的芳香亲电环化反应。该方法简便、高效、经济,是对磷杂环戊二烯类化合物合成方法的有力补充。通过该方法我们得到了具有良好平面性的并四环、并五环、并六环、并七环稠合的高共轭长度的分子,并对其光学、电化学性质进行了表征和分析。另外,通过硫甲基锚定基团的引入,我们首次研究了磷氮梯形并苯类分子的单分子导电性能。磷原子的不同修饰、分子构型的变化均能影响分子的电导率,该结果为磷杂环在单分子器件中的应用提供了理论和实验指导。第四章,我们通过简短的步骤、便捷的方法高效合成了一类含咔唑基团的季鏻类分子,对其光学、电化学、热稳定性质进行了表征,并结合理论计算对这类新型骨架的前线轨道进行了分析。季鏻基团的离子特性为推拉电子体系的设计提供了新的思路,强拉电-强吸的分子结构、良好的发光效率和稳定性使其有应用于热激活延迟荧光材料和电荷传输材料的潜力。