过去几十年来，电活性有机电子材料引起了人们极大的兴趣，因为这些材料既有高分子材料良好的加工性能和卓越的机械性能，又兼而有之传统有机材料可裁剪性能，从而使光电磁热性能可调。特别是这些材料在有机发光二极管(OLEDs)、有机场效应晶体管(OFETs)、有机光伏电池(OPVCs)等光电器件上有着强大的潜在的应用，从而激励着人们不断的创新和研发。一提到有机电子学，就不得不提到相关的五个重要事件和两次诺贝尔化学奖了。(1)1965年人们发现了电荷转移盐TTF-TCNQ体系。(2)1977年，聚乙炔掺杂明显改善了高分子的导电性，这是得了2000年诺贝尔化学奖的工作，开辟了塑料、导体和有机光电信息材料一个全新的领域。(3)1980年，出现了有机超导体系的工作。(4)随后1990年继柯达公司的邓青云之后，剑桥的研究人员开辟出聚合物发光二极管。(5)1992年，有了聚合物太阳能电池。有机电子学的发展，一方面得益于物理、信息、材料的发展，而另一方面，化学也功不可没。这些新的有机材料，不管是小分子，还是高分子，都是通过一些最基本的C-C键、C-N键交叉偶联反应实实在在做出来的，故而有机合成中钯催化交叉偶联得了2010年诺贝尔化学奖。　　有机半导体材料与无机半导体材料相比，突出的优势包括以下四个方面:(1)有机分子可以通过简单的化学修饰进行调节，得到人们所需的材料和希望的功能;(2)有机半导体材料具有良好的柔性和韧性，利用柔性衬底，可以制备全柔性器件，柔性电子学也是当前的热点之一;(3)通过引入一些烷基链，可以使有机半导体溶于常见的溶剂中，进而用溶液处理的方法代替传统的真空沉积方法来制备器件，简化了工艺;(4)有机半导体材料无论从材料的合成以及器件的制备等方面都具有非常大的降低成本的能力。　　目前已经报道的有机半导体已达几百种，优秀的半导体材料应具备以下三个条件:(1)较大的π共轭体系:π共轭有机稠环、齐聚物和高聚物;(2)较强分子间作用:π堆积和氢键;(3)合适的能级结构:其中共轭体系和分子间作用决定了载流子传输性能，能级匹配很大程度上影响载流子的注入和材料在空气中的稳定性。在这数百种中，产生了很多明星分子，比如并五苯、咔唑、惡二唑、酞菁等等，但是无疑，噻吩是其中最耀眼的明星。值得一提的是，噻吩及其衍生物在有机电子学中扮演着极其重要的角色。具体原因如下:(1)从经济上说，原料易得，价格便宜;(2)从合成上说，方法成熟，条件简单，结构多变，衍生多样;(3)从稳定性上说，各种氧化态稳定，噻吩环极化率高;(4)从可调性上说，齐聚噻吩的分子结构明确，电子结构可调（比如大小、构型、能级、带隙、溶解性、对称性、环间二面角和反应活性等等）。　　我们的思路主要是基于噻吩化学出发，通过一些最基本的C-C键、C-N键交叉偶联反应合成各式各样芳杂环体系。一方面对于一些短共轭的体系，我们把他们开发为各种配体形状的构筑基块，比如线型、角型、三脚架等等，主要用于合成光电功能配合物方面的研究。相对于纯有机分子而言，金属配合物由于存在金属中心跃迁(MCCT)、金属→配体跃迁(MLCT)、配体→金属跃迁(LMCT)和配体内跃迁（ILCT）等多种电子跃迁方式，易产生多样化的特征吸收，因此更容易通过化学裁剪调控其分子轨道能级，进而调控光谱吸收。另一方面对于一些长共轭的体系，我们把他们开发为新型的有机半导体，通过做一系列化合物，归纳总结，进行带隙调控，进而选择性的进行器件方面的制备。同时，我们还将深入探讨含有低聚噻吩衍生物以及其它扩展芳杂环体系为构筑单元的有机金属半导体，通过纳/微米尺度的结构调控制备不同特性与功能的分子基柔性微/纳米薄膜与器件，研究它们的光敏和光伏效应。　　1.基于理性设计的对称/不对称 V-芳杂环配体的锌(Ⅱ)、镉(Ⅱ)配位聚合物展现出不同的超分子构筑　　噻吩及其衍生物已经广泛而深入的应用在分子材料中，因为它们是理想的构筑基块。一方面噻吩环上的硫原子使得极化率变高，增加了共轭链的稳定性;另一方面，它们不仅在光电性质和氧化还原性质等等方面相当卓越，而且在异质节表面的自组装性质独特。更重要的是，结构多样，性质可调，给了我们很大的创新和探索的空间。　　基于自组装体系的金属配位聚合物被广泛关注，它们主要由多功能的有机配体和金属离子配位而形成，它们显示了迷人的拓扑结构和潜在的应用。理性的设计和合成芳杂环配体，构筑新颖的金属配位聚合物是一个重要而有趣的科学问题。然而，由于受到结构和性质研究方面的限制，这些问题直到目前为止，并没有很好的解决。从一个基础研究的立场出发，噻吩基的短共轭芳杂环体系有其本身的优势所在，它提供给我们一个机遇，去跨越这个限制，从而研究金属离子配位前后的结构与性质。　　我们合成了两个新颖的V-型芳杂环配体，3，4-二咪唑噻吩（La，对称的）和3-咪唑-4-吡啶噻吩（Lb，不对称的），它们分别通过C-N键和C-C键的交叉偶联反应制备的。X射线晶体结构研究显示，它们的分子式为{[Zn(Lb)2]3(ClO4)6(H2O)}n(2),{[Cd(Lb)2Cl2]}n(3),{[Zn(La)2(CH3OH)2](NO3)2(CH3OH)2}n(4)和{[Cd(La)2(CH3OH)2](NO3)2(CH3OH)2}n(5)，同时，它们与金属中心的配位构型，配体本身的构型，配位氮原子与噻吩上硫原子的配位θ角，环间二面角等等，都显示出有规律的差异，这些因素在调控配位聚合物的超分子构筑中扮演着重要的角色。　　2.组合使用C-N键和C-C键的交叉偶联反应合成咪唑基和吡啶基封端的三联噻吩和四联噻吩线型芳杂环荧光化合物体系　　线型共轭芳杂环半导体含有离域的π-键，各种D-A单元和配位点，故而引起了人们的广泛研究。过渡金属催化的交叉偶联反应，像C-N键和C-C键的交叉偶联反应等等。它们极大的发展，比如Kumada-Tamao-Corriu, Suzuki-Miyaura,Migita-Kosugi，Negishi，Ullmann, Heck等等人名反应，为此还获得了2010年的诺贝尔化学奖。　　组合使用C-N键和C-C键的交叉偶联反应是一个有效扩展芳杂环的策略。比如之前我们实验室以1，10-邻菲罗啉(phen)为核构筑了一系列微米纳米材料和器件。另外，我们还以单噻吩和齐聚噻吩为核进行扩展，当然，这些都基于组合使用C-N键和C-C键的交叉偶联反应。据我们所知，之前并没有人组合使用这一策略。　　我们合成了一系列新颖的噻吩基（A-D-D-D-(D)-A）长共轭芳杂环荧光化合物，它们分别以咪唑、吡啶等含氮杂环作为封端基团，这些化合物都是组合使用C-N键和C-C键的交叉偶联反应制得的。含有多样化的D-A单元的线型芳杂环荧光化合物体系中，化合物26的分子长度超过了2.30 nm。X射线晶体结构研究显示，各种有机半导体的晶体呈现出多样的顺反构型，不同环间二面角等等。我们也对化合物进行了充分的表征。合成上，系列化合物呈现出不同的C-N键和C-C键的交叉偶联反应活性;密度泛函计算上，呈现出不同的带隙和能级，光电性质上，呈现出不同的紫外荧光以及电化学行为。另外，噻吩环上引入β-甲基取代对于反应活性、溶解性以及分子构型等等也被涉及讨论。