近年来,有机荧光材料的研究受到了越来越多的关注,因为它们在化学和生物传感、成像等方面具有应用潜力。其中,具有推-拉电子结构(D-A)的荧光分子比纯碳氢类的荧光分子更具有吸引力,因为这类分子还兼具分子内电荷转移特性,从而使得分子的电子吸收光谱和荧光发射光谱发生红移。一般来说,获得高的电荷迁移率是有机半导体分子设计中主要目标之一,因此这类分子往往被设计成具有较长的共轭体系来获得更好的光/电性质。其中,强的π-π相互作用和偶极-偶极相互作用有利于电荷传输。相反,π-π相互作用能够导致聚集态的分子中形成不利于荧光的激子以及激发子的形成,因此降低固态荧光材料(如OLEDs等)的发光效率。2001年,唐本忠提出了聚集诱导发光(AIE)的概念,从此设计新型功能荧光分子的研究进入了新的阶段。和传统的聚集引起的荧光猝灭完全不同,AIE实现了溶液荧光和固体(或聚集态)荧光之间的连接而具有实际意义,目前AIE广泛应用于光电材料,化学传感以及生物成像方面等方面的研究。机械响应荧光(MRL)材料因为在记忆芯片以及智能墨水等方面具有潜在应用前景而受到了越来越多的关注。MRL材料的一个显著特征就是,它们的吸收光谱以及发射光谱能够对机械力,如摩擦,涂抹,流体压力等作出响应。目前大部分的文献报道主要集使用具有强的固态荧光AIE分子来构筑兼具AIE活性与MRL性质的荧光材料。然而,这些AIE/MRL材料对于机械力刺激仅仅表现出荧光的二色行为,而关于荧光型增强MRL材料的报道则相对较少。四苯乙烯(TPE)作为经典AIE母核心之一,已经被广泛的用于功能荧光材料的构建。在MRL的研究中,TPE同样可以被认为是明星分子。然而,要实现TPE衍生物的MRL荧光增强性质则非常困难。有效的调节分子间的相互作用对于设计功能型共轭型材料分子至关重要。本论文从芳杂环与生色团基团的有机组合来调节分子的电子结构入手,合理设计合成具有AIE与MRL活性的芳杂环荧光化合物。如,将氮苯基咔唑单元与噻吩/丙二氰相结合,得到了具有近红外区发射的AIE活性分子。而利用对称结构的氮苯基咔唑/噻吩/丙二氰分子能够形成多重层间相互作用的平面型HOF结构的特点,来实现了高对比度的荧光增强型MRL响应(约1200倍)。此外,分别将香豆素环和苯基/丙二氰与TPE结合,如此一来,分子在固态自组装过程中将会受到两个相反的作用力,从而形成荧光猝灭的亚稳态结构,这也是实现这类TPE类分子高对比度MRL开/关响应的关键。以下是本论文的六个部分:第一章,介绍了本论文的研究背景。第二章,在众多的有机π共轭体系分子中,含氮的芳杂环化合物是非常有前景的有机模块之一,常被用于合成高性能的发光材料。1,10-菲咯啉是经典的氮杂环分子,该分子被用作电子受体单元,当与其他的富电子基团组合,化合物将具有明显的D-A结构。本章系统研究了两组具有不对称结构的1,10-菲咯啉芳杂环衍生物金属铼配位前后的光物理性质的变化。其中仅以三苯胺(TPA)作为电子给体(D)的配体L1和L2互为同分异构体,而另外的一组以三苯胺和噻吩单元作为D的配体L3-L5是另外一组同分异构体。这些配体在金属铼配位后,核磁氢谱,紫外-可见吸收光谱,单晶结构等方面都有不同的变化。此外,我们还通过DFT计算对这一变化做出了相关解释。在1,10-菲咯啉不同位点(2-,3-或者3,8-位)引入D基团,能够影响分子的共轭结构,进而导致了这些同分异构体之间的结构和光谱差异。通过几组同分异构体的对比可以发现,在1,10-菲咯啉的2-位引入给电子基团,更能降低分子的能级间隙。此外,金属铼配位后,能够有效降低分子前线轨道中的HOMO轨道能级,而对LUMO轨道能级的影响却不明显。第三章,主要探究基于氮苯基咔唑/噻吩/二氰基(T-DCV)的机械响应荧光(MRL)和聚集诱导发光(AIE)性质。对称的平面型分子1中,在多重C-H…N氢键和强的层间的作用下,形成了一个具有层状结构的HOF结构。该HOF结构的形成导致了分子1弱的固态荧光以及聚集态荧光猝灭,但是却保证了其高对比度的MRLturn-on响应(1.2×103倍)。此外,这种MRLturn-on响应带来的结构变化可以可以通过粉末衍射测试得到验证。其中,平面型HOF带状结构中α和β环和相邻层间的破坏可以被观察到。此外,我们还获得了两个AIE活性分子(2和3),它们的荧光发射波长接近近红外区域。和1相比,分子2和3是高度扭曲的分子,它们的分子堆积结构中形成了足够的空间位阻。这种扭曲构型,在一定程度上能够阻止分子的固态以及聚集态中形成强的偶极-偶极相互作用,这也是为什么它们具有AIE性质的原因。第四章,将传统的荧光染料基团香豆素和AIE活性基团四苯乙烯基团组合,以实现具有高比度和高灵敏度的机械响应发光(MRL)材料。荧光分子C3Ph同时含有香豆素和四苯乙烯单元,因此它既显示出典型的AIEE行为,同时也表现出很强的固态荧光特性(无定型态时)。从C3Ph的单晶结构分析可发现,结晶态时的C3Ph中形成了独特的二维HOF结构。该HOF结构的形成一方面猝灭了晶态C3Ph的荧光,另一方面也是它具有高对比度的MRL性质的关键。此外,通过摩擦/熔化-固化过程可以实现C3Ph的固态荧光的开和关的可逆循环。第五章,成功合成以及分离得到了一对具有D-A结构的四苯乙烯E/Z异构体化合物E-TPE2PD和Z-TPE2PD。强极性的二氰基的引入使得分子的极性发生改变,这不仅有利于最终同分异构体的分离,同时分子具有了典型的扭转分子内电荷转移(TICT)特性,表现出明显的溶剂致变色效应。这对同分异构体在光照的条件下(254 nm)能够实现可逆的E/Z异构化,其中,从E构型到Z构型的速度要明显快于从Z构型到E构型的速度。同时,由于它们均含有四苯乙烯结构单元,因此都具有明显的AIEE效应。不同的是,Z-TPE2PD表现出高度的形态依赖的固态荧光特性,其固态荧光发射随着结晶度的提高而逐渐红移。相反,E-TPE2PD随着结晶度的提高,其固态荧光显示出微弱的蓝移。这对同分异构体不同的形态依赖性质与它们固态晶体结构中是否存在π-π堆积有着密切的关系,其中,Z-TPE2PD分子中的PDCV单元存在一定程度的π-π堆积结构,这也是为什么当分子结晶度提高,而它的荧光发射逐渐红移的原因。更有意思的是,对两个同分异构体研磨时,Z-TPE2PD表现出蓝移的MRL荧光增强现象,而E-TPE2PD则是明显的荧光颜色变化。本章提出了一种通过在TPE核内引入强极性双氰乙烯基,来增加E/Z同分异构体之间的分子极性差异以促进其分离的合成策略,为进一步深入探索TPE同分异构体分子的性质差异提供了可能。