染料敏化太阳能电池具有成本低、制作工艺简单、稳定性好等优势，引起了全世界的广泛关注。菁染料作为敏化染料吸附在二氧化钛纳米多孔膜电极上以后，会形成H-或(和)J-聚集态，明显拓宽吸收光谱，把电子注入到二氧化钛电极的导带，产生有效的电荷分离，是目前光电转换效率最好的纯有机染料之一。本论文设计合成了一系列菁染料类衍生物，并研究它们作为太阳能电池敏化剂的性能。 菁染料的吸收光谱可以很容易地通过改变分子结构来调节，达到所要求的荧光范围，并且在生物体液的pH值范围(4～9)内荧光保持稳定，具有低毒性，生物可兼容性等优点。因此广泛的应用于标识DNA、蛋白质等生物大分子，检测生物体内的肿瘤细胞。本论文设计合成了一系列端炔菁染料，和病毒粒子之间通过共价键相连，研究了它们的生物性能。 1.合成出两个新型三甲川菁染料，一个四甲川菁染料，一个半菁染料。通过Sonogashira反应在苯并吲哚环上引入了端炔基，苯并吲哚经过季胺化后，通过缩合反应合成出不对称菁染料。过程中避免了一般合成不对称菁染料所必须的用制备型高效液相进行分离提纯的繁琐步骤，合成方法简单有效，具有潜在放大生产的能力。以这四个菁染料为中间体合成了五个新型菁染料衍生物Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4和Ⅱ-5。设计了六种反应体系来研究菁染料的“Click”反应，结果表明N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，碘化亚铜、二异丙基乙基胺为催化剂的反应体系的产率最高，合成Ⅱ-1时产率达到了84﹪。用同样的“Click，，反应条件成功的合成出了其它菁染料类衍生物，反应条件温和，产率高，提纯简单，反应过程中产物和原料都保持稳定，为后文合成用于太阳能电池敏化的菁染料衍生物积累了经验。 2.通过“Click”反应合成了四个新型菁染料类衍生物Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3和Ⅲ-4，通过Sonogashira反应合成了Ⅲ-5和Ⅲ-6。路线的选择对于合成的成败有关键性作用。先通过炔醛和叠氮化物完成“Click”反应后，在最后一步中才进行菁染料的合成，这样可以避免体系中出现两种菁染料而造成的提纯困难。六个染料经过循环伏安法测试了电化学性能，LUMO轨道都比二氧化钛导带位置高，适合作为二氧化钛的敏化剂。Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4和Ⅲ-6中有荧光共振能量转移现象(FRET)；而Ⅲ-5则出现了光致电子转移现象(PET)，荧光猝灭，减少了染料的辐射损失，有利于太阳能电池性能的提高。染料吸附在TiO2纳米多孔膜上后由于出现J-和H-聚集，吸收光谱与在溶液中的吸收光谱相比有不同程度的拓宽，其中Ⅲ-5由于三苯胺的所特有的堆积效应，吸收变化最为突出，峰型变得宽而平，可以增强电池对于太阳光的吸收。用四个菁染料衍生物Ⅲ-1、Ⅲ-3、Ⅲ-4和Ⅲ-5制作了太阳能电池器件。Ⅲ-1由于分子量小，在电极表面吸附量最大，IPCE值也最高，达到91﹪，在20mW/cm2白光照射下短路电流为4.55mA/cm2，能量转换效率达到了7.3﹪。Ⅲ-5上的三苯胺单元有效的抑制了电子的回传，在同样的条件下短路电流提高到了7.13mA/cm2，能量转换效率达到了8.47﹪。 3.合成了五个新型含端炔基的半菁染料Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4和Ⅳ-5。以豇豆花斑病毒(CPMV)为生物平台研究了这五种染料在生物共轭方面的应用。半菁染料Ⅳ-1，Ⅳ-3，Ⅳ-4会分解所有的病毒粒子，而Ⅳ-2和Ⅳ-5不会破坏CPMV粒子，这可能是由于在“Click”反应中Ⅳ-2和Ⅳ-5结构上含有的羧基所造成的影响。分析半菁染料在修饰CPMV粒子前后的荧光谱图，半菁染料可以定点的连接在病毒粒子的表面，虽然具有很高的局部浓度，但是并不会因此而产生聚集，所以荧光不会因为分子之间的相互作用而出现猝灭。荧光探针要求在生物体内具有相当高的局部浓度，同时保持荧光强度不受影响，我们所设计的经半菁染料修饰后的病毒粒子具有其它菁染料类荧光探针所没有的优势。 4.合成了两个新型含双端炔的对称菁染料Ⅴ-1和Ⅴ-2，合成方法简单，提纯方便，具有潜在放大生产的能力。使用叠氮酸芜菁黄花叶病毒TYMV-azide作为生物纳米颗粒，Picking乳液液滴的液-液界面作为交联反应的平台。用“Click”反应完成颗粒之间的交联反应，把得到的乳液用透射电镜(TEM)，扫描电镜(SEM)，SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白质免疫印迹(Westernblotting)系统的进行研究，发现TYMV粒子在乳液的内表面通过自组装作用紧密的排列在一起，缩短了颗粒之间的距离，有利于发生交联反应。通过和菁染料之间的“Click”反应生成了二聚体和三聚体，使乳液以较小的液滴形式稳定的存在。 5.合成了三个新型萘酰亚胺类荧光染料，有望用作生物材料的pH探针。通过“Click”反应合成了四个新型芴类衍生物，反应条件温和，提纯方便，产率高，有望取代Suzuki反应来合成芴类聚合物。为了研究新型固体太阳能电池材料，探索合成了两种含两个C60单元的菁染料衍生物。