随着社会的不断发展,能源问题、环境问题日益严重,发展新能源成了许多国家不错的选择。在大规模储能这一块,电池储能成了研究热点,其中液流电池以其活性物质多样性、高安全性、高输出功率以及大电池容量等优势,渐渐引起更多的关注。但是液流电池在商业化的过程中,也暴露出了一些关键问题,比如昂贵的电池成本、低溶解度、低工作电压等问题,因此本论文是以吡啶衍生物为活性中心,通过修饰功能基团解决以上问题的研究。第一部分,以具有强配位能力的三联吡啶为配体同金属阳离子Fe2+结合,制备2,2’:6’,2’’三联吡啶合铁(Fe-tpy)。在分子设计中,所使用的多吡啶配体具有强吸电子能力,因此可以明显的提升Fe2+/Fe3+的氧化还原电位。通过循环伏安法测试可知目标分子的氧化还原电位为1.07 V vs Ag/Ag Cl。同时运用密度泛函理论对电位升高从理论角度详细说明。在线性伏安扫描测试中得知配合物Fe-tpy的扩散系数和速率常数分别为4.1×10-6 cm2/s和2.2×10-3 cm/s。Fe-tpy/Li半电池的测试结果中电池的电压高达4.0 V,并且有着优异的循环性能,250圈后容量几乎没有衰减,每圈容量保有率几乎为100%,首圈活性物质利用率高达90%。第二部分,对多吡啶配体进行修饰,通过引入功能基团改变多吡啶的拉电子效应实现对化合物性质的调节。通过合适的反应方法在多吡啶基团的末端引入甲酸甲酯基,酯基的引入不仅能提高配体部分共轭程度,而且能增强配体部分吸电子能力。多吡啶同金属阳离子Fe2+配位后,形成稳定的4,4’-甲酸甲酯基-2,2’-联吡啶合铁(Fe-bpyester)。经过功能修饰后该分子具有明显的优势,在纯溶剂EC/DMC(3:7)中的溶解度高达1.5 M,且具有高的氧化还原电位1.32 V vs Ag/Ag Cl。在线性伏安扫描测试中得知配合物Fe-bpyester的扩散系数和速率常数分别为5.2×10-6 cm2/s和4.1×10-3 cm/s。在后续的电池性能研究中,发现Fe-bpyester/Li半电池在小电流、低浓度下有着不错的循环性能。第三部分,基于密度泛函理论的第一性原理模拟,通过对不同官能团修饰后紫精分子的前线分子轨道能级、溶解自由能以及氧化还原电位的理论模拟,最终确定己基作为官能团。得到1,1’-二己基-4,4’-联吡啶(Viol2+)在有1M锂盐的溶剂EC/DMC(3:7)里溶解度为1 M,氧化还原电位为-0.48 V vs Ag/Ag Cl,线性伏安扫描测试结果表明有机小分子Viol2+的扩散系数和速率常数分别为3.0×10-6 cm2/s和4.1×10-3 cm/s。在半电池的研究中发现活性物质的利用率高达84%,在50圈的循环中,电池的库伦效率接近100%。当使用Viol2+和Fe-tpy配合在一起变成全电池时,全电池的工作电压子在1.5 V左右,电池的库伦效率接近100%。以上工作使用的原料在地球上的储量都十分丰富,不仅降低了成本,而且在液流电池的实际应用中做出了巨大贡献。