超分子化学是以多种分子间弱的相互作用为基础，以分子聚集体为研究对象的化学。分子识别是超分子化学的核心概念。它是化学发展的一个新的阶段，是高复杂性的有组织的实体，是通过一个或多个化学单体通过分子间的力而形成的，可以称为“分子以外的化学”。近20年来，超分子化学得到了长足的发展，已经发展成一门涵盖生物无机化学、有机化学、分析化学以及与生命科学、材料科学和信息科学的新型交叉学科。　　 二茂铁是具有夹心型分子结构和芳香性的高度富电子体系，在大多数常见溶剂中可经受可逆的单电子氧化。它的出现是近代化学发展的里程碑。它的独特结构和与众不同的化学性质使其在新材料化学的研究方面得到广泛的应用。设计并合成以二茂铁为骨架的二茂铁衍生物是近年来二茂铁研究的一个主要方向。把二茂铁刚性结构引入超分子体系中具有诸多好处，不仅引进了一个电化学响应基团，可以用电化学方法直接研究主体分子对客体分子的识别作用，同时也可以利用二茂铁中两个茂环自由转动的特点引入到具有特定功能的分子器件中。　　 本论文的主要内容和结果包括以下几个方面：　　 第一章综述了超分子化学的研究背景，特别是二茂铁在超分子化学中应用。在化学传感器方面，二茂铁可以应用于阳离子传感器、阴离子传感器、具备多种识别位点的多种离子传感器和中性分子传感器。在分子器件方面，二茂铁的优良性质在分子开关、分子梭、分子转子等方面得到了很好的应用。　　 第二章设计并且合成了一个新型的份菁染料，该化合物含有的氮原子可以进行质子化，并且可以和金属离子产生配位作用。对于该化合物进行了质子化作用、溶剂极性、金属离子的光谱响应方面的测试。该类化合物针对三种作用会显示出不同方式的荧光变化。在此基础之上，我们通过控制pH值、溶剂极性、Hg2+的加入这三种化学方式的输入，可以实现模拟包含三个不同逻辑门(“与非”门、“非或”门和“禁止”门)的逻辑系统的功能。　　 第三章合成了一个新型基于二茂铁的分子转子和刹车。该分子以二茂铁为轴，以苯并吲哚为曲柄，通过络合作用以及质子化作用实现其转动和刹车的功能。我们通过紫外一可见吸收光谱、荧光光谱和理论计算，研究了该分子和Zn2+形成的络合物以及其质子化的形成机理和分子构型。该分子可以在“燃料”(Zn2+/EDTA和H+/OH-)的反复作用下，实现持续的旋转和刹车，为设计新一代可旋转的分子机器和分子器件提供了新的思路。　　 第四章合成了一系列新型的基于二茂铁的香豆素类的功能性分子。通过对于该类化合物性能的比较，我们得到关于单边化合物和双边化合物的性能差异，共轭和非共轭的性能差异。发现单边化合物具有聚集效应，并且通过氧化还原方法可以控制与β-环糊精的结合来影响其聚集诱导发光性能。双边化合物具有作为溶剂黏度传感器的应用价值。而共轭体系化合物的紫外一可见吸收光谱对于三种输入(氧化还原、酸和碱)会有不同的变化，该化合物可以作为多重响应的功能性分子。　　 第五章设计并合成了具有识别点的二茂铁客体分子和具有荧光团的大环酯醚。两者之间的包结作用通过核磁进行确认，并且通过该性质的比较发现该类包结作用与分子尺寸密切相关。　　 第六章设计并合成了连接双冠醚环的二茂铁分子和具有双识别点的杆状分子，用以实现在分子级别类似于插销的动作。　　 第七章设计了具有F-识别功能的双稳态光驱动[2]轮烷型分子梭，对其合成进行了一定程度的探索。并且合成了一系列蓝光光盘染料。　　 第八章结论。