实现高效、大规模的新能源转化是能源结构转型的重要方式之一,有利于解决日益严峻的能源和环境问题。太阳能光伏发电可实现太阳能到电能的转化,电催化二氧化碳还原可生产碳基小分子燃料,都被认为是有效的新能源转化手段。新能源转化材料作为新能源开发利用的核心组分,仍然存在转化效率低和成本高等问题,需要进一步开发新型材料和研究材料的构效关系。染料在上述两类能源技术中都表现出潜在优势,备受关注。本论文立足于染料分子的电荷转移特性,聚焦光电转化和能源催化领域,分别开展“纯有机染料在染料敏化太阳能电池（DSSC）中的应用”和“配合物染料在电催化二氧化碳还原（ECR）中的应用”两个方向研究。通过对纯有机染料的结构调控和对配合物染料的载体修饰,分别实现了更强的DSSC染料分子内的“给体-受体电荷转移”和ECR体系中的“载体-催化剂电荷转移”,进而提升DSSC和ECR性能。本论文包括以下五项具体内容:（1）含有不同辅助基团吩噻嗪基染料的合成及其DSSC性能研究π桥和受体之间插入不同电性的辅助基团可调控局部的电子推拉作用,实现更有效的分子内给体到受体的电荷转移。本工作设计/合成了系列纯有机染料,研究了不同电性的辅助基团对材料性质和DSSC电池的影响。这些染料的核心骨架（CPPC-）包含咔唑-苯给体,吩噻嗪π桥和氰基丙烯酸受体;辅助基团分别为:噻吩（-Th）、呋喃（-Fu）、苯基（-Ph）、吡啶（-Py）和无辅助基团（-No）。基于呋喃染料CPPC-Fu的器件光电转换效率（PCE）最高为7.4%。使用富电子基团（噻吩和呋喃）和贫电子基团（吡啶）提升了局部的电子推拉性能,进而提升器件性能。（2）含有间/对位连接方式吩噻嗪基染料的DSSC性能研究较为线性的染料空间立构是促进染料分子内电荷转移的方式之一。本工作研究了染料分子中给体与π桥的连接方式对染料空间构型和器件性能的影响。两种染料均以咔唑为给体单元,己基修饰的吩噻嗪为π桥,饶丹宁乙酸为受体单元,引入苯基作为辅助基团。其中,m CPPR通过间位苯基与咔唑连接,而p CPPR则通过对位连接。基于p CPPR的器件获得了更高的短路电流(JSC),并获得了5.57%的PCE,相比于m CPPR提高了22%。线性的染料有利于电子离域和电子传输,这种优势构型提升了染料的光电性能。（3）含有不同受体吡嗪-喹喔啉基染料的DSSC性能研究吸电子能力适中的受体基团能够在获得与光阳极更为匹配能级的基础上加速分子内给体-受体电荷转移。本工作研究了不同受体基团对染料性能和光伏性能的影响。三种染料（PQ1、PQ2和PQ3）使用相同的给体和π桥单元,分别是烷氧基-苯修饰的三苯胺和烷氧基-苯修饰的吡嗪-喹喔啉基团;而受体基团不同,分别为二己基环戊联噻吩-氰基丙烯酸、乙炔基苯甲酸和苯-氰基丙烯酸。使用乙炔基苯甲酸的PQ2染料获得了最高的JSC值和5.32%的效率。虽然使用吸电子能力最强的PQ1染料获得了最强的光吸收性能,但受体过于强大的吸电子特性导致了与光阳极不匹配的电子注入能级,降低了电子向光阳极的注入效率。（4）碳材料负载酞菁配合物染料用于ECR研究碳载体的使用可以解决配合物染料中导电性较差的问题,有效促进ECR体系的电荷转移,提升催化性能。本工作研究了ECR反应中碳材料载体对配合物染料催化剂的影响。电催化剂为酞菁钴染料,四种碳材料分别是炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨。碳材料的引入,不同程度地提升了酞菁钴染料催化二氧化碳还原生成一氧化碳的性能。其中,基于碳纳米管载体的催化剂获得了最高超过90%的一氧化碳产率。碳纳米管可以有效提升载体-催化剂电荷转移,进而大幅提升产物的选择性、反应速率和转换频率。（5）卟啉配合物染料用于光耦合ECR研究染料类催化剂中的配体具有吸光能力,并能有效地将能量传递到金属原子中,提高参与ECR反应的能量,提升反应性能。本工作研究了光耦合对ECR反应的影响,基于自行设计搭建的光耦合流动电解池装置,以具有吸光性能的四苯基卟啉钴作为催化剂,并引入碳纳米管作为碳载体,研究了体系的ECR性能。实验证明,光耦合过程能够为催化体系提供额外的能量,光照情况下,ECR体系的选择性、反应速率和转换频率都得到了提升。