有机硼化学的蓬勃发展为生物医学、新能源新材料等诸多应用领域注入了新活力。硼原子具有独特的缺电子性质,将其嵌入到共轭体系后可大幅调控材料的电子结构、轨道能级、氧化还原性质以及光电特性。目前,能源转换技术与传感领域（比如,高分子太阳能电池、金属-空气电池、气体/离子传感等）面临的核心科学问题是开发高效的新材料体系,探究并调控体系电荷密度分布和轨道能级结构。因此,本论文从两个出发点设计并合成了基于三/四配位硼的非金属氧还原电催化阴极材料并将其应用于锌-空气电池中;进一步利用三配位硼的缺电子性质探究了其作为气体/离子传感材料的应用前景。主要研究内容如下:（1）传统的碳材料通过掺入杂原子和构建缺陷来增强材料的电催化活性,这一方式取得一定的成效,但对于材料活性位点的精确调控和机理研究却始终难以把握。而基于非金属有机分子的电催化剂,其结构可调,活性位点电子环境可控。因此,本工作采用非对称分子设计策略调控活性位点的电荷分布。通过在对称分子中引入硼氮配位键（B←N）改变活性位点局部电荷环境,然后在其一侧引入噻吩杂环,采用非对称结构设计调控分子的电荷分布,目的是增大分子偶极,诱导高活性位点生成。研究结果表明,基于as-BNT和as-PYT的非对称催化体系较对称s-BN、s-PY、s-BN2T和s-PY2T基体系表现出更高的氧还原电催化性能。尤其通过B←N和噻吩杂环协同调控的as-BNT,其起、半波电位分别达到0.92 V和0.69 V。DFT理论计算结果表明,活性位点由对称分子的12号C原子活性位点变为非对称分子中14号氨基N原子活性位点,且非对称分子具有不均匀的电荷分布、高效的电催化活性和可控的催化反应过程动力学。（2）我们进一步从芴基分子出发,将其中一个苯环替换为噻吩,目的是打破其对称分子结构,然后进一步引入硼氮共价键（B-N）,构建活性更高的非金属有机硼电催化材料。由于卟啉分子具有电荷传输能力强和化学稳定性高等优点,采用Buchwald–Hartwig反应,将大π-共轭结构卟啉分别与三芳基硼、芴和茚并噻吩单元进行聚合反应得到共轭微孔高分子催化剂。实验结果表明,与芴基（BBAP）和茚并噻吩（BTAP）基高分子催化体系相比,三芳基硼基高分子催化剂BNAP具有较大的偶极矩,不均匀的电荷分布,ORR催化活性较高,起、半波电位分别达到0.93 V和0.7 V。研究结果说明,三芳基硼基催化体系可以使其电催化活性显著提高。DFT理论计算结果表明,BNAP产生的额外的电荷有助于增加活性位点和电催化活性。（3）由于三芳基硼结构较强的路易斯酸性,可有效降低单元的LUMO/HOMO能级,因此,该部分工作创新性采用三芳基硼结构构筑室温氨气传感材料。研究结果表明,这种类型的B-N有机小分子氨气传感器表现出优异的响应/恢复性、稳定性和氨气的高效选择性。它的检测限低至198 ppb,远低于长期暴露期间对氨气（25 ppm）的最大允许限制。更重要的是,我们开发的B-N共轭高分子传感器,其响应值高达3.2×10~4,是目前报道的有机氨传感器响应值最高值。通过理论计算对这类材料气敏机理进行了探究。此外,经氟离子处理的高分子具有明显的日光及荧光转变的特性,为光学传感器、显示器的发展提供了新型高效的材料体系,具有广阔应用前景。