有机发光材料具有成本低、结构易修饰等优点,设计开发这类新型高性能材料引起人们极大的兴趣。随着计算机技术的发展,量子化学已成为一种解释分子激子行为、预测材料光电性能的有效方法。本文采用量子化学手段,基于密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TDDFT）,对新型有机光电材料的激发态的演变过程及发光机制进行了系统的理论研究,阐明有机分子的结构与其光电性能之间的关系,为设计高性能有机发光材料提供了理论指导,主要研究内容如下:（1）卡宾-金属-氨基配合物（CMA）是一类高效的电荷转移型发光材料,其同时具有小的ΔE_ST及大的荧光振子强度,在电致条件下表现出极高的量子效率。然而,目前更高效的CMA型材料仍比较匮乏,因此本文将CMA1咔唑上的C-H键替换成N原子,设计了4个新分子,并对它们的基态与激发态性质进行理论模拟,包括几何构型、前线分子轨道、辐射与非辐射速率等,最终发现设计得到的两个分子β-N和2β-N的T₁到S₁态的反系间窜越速率比CMA1的大,可以更高效地利用三线态激子,且具有更快的荧光辐射速率,是潜在的高效发光分子。这一工作为设计CMA型发光分子提供了新思路。（2）针对稳定高效发光自由基种类较少、结构-性质关系尚不清楚、发光机制还不明确等问题,以三（2,4,6-三氯苯基）甲基（TTM）类自由基为例展开了研究。通过将TTM与不同取代基相连,设计了一系列新的稳定自由基分子,并对它们的光物理性质进行理论计算。研究发现,自由基的跃迁偶极矩主要来源于取代基片段,当自由基分子的取代基与TTM片段之间平面性较好时,分子具有较大的跃迁偶极矩;此外,设计得到的两个分子TTM-3PPy ID和TTM-3NPy ID具有较大的荧光辐射速率,是潜在的高效自由基发光分子。（3）针对纯有机长余辉材料余辉机制还不清楚的问题,本文以目前报道的分子量最小的余辉分子—氰基苯分子为例,对它们进行了理论计算,包括几何构型、电子特性、吸收和发射光谱性质、自旋轨道耦合及静电势分布等,并将计算结果与实验值对比,发现CN的引入不仅增强了系间窜越,还有助于形成分子间π-π堆积,稳定了三线态激子,并最终实现有机长余辉发光。