变色材料因其独特的光学性能和潜在的应用价值一直备受关注。在变色材料庞大的家族中紫精及其衍生物脱颖而出,这类材料在外界刺激下可以发生可逆的氧化还原反应,并且在发生反应过程中通常伴随着肉眼可见的颜色变化。紫精基化合物可用于流动电池的设计,太阳能转换,光催化制氢,防伪保护,智能窗户,信息存储和光学开关等领域。当受到外界刺激时,紫精基材料往往会引起电子从供体到受体的转移,从而形成着色态的自由基。为了实现刺激响应的高效率,电子供体的选择也尤为重要。因此,我们集中精力在探索具有单一电子供体的紫精基变色化合物上。本论文设计并合成了一系列紫精基化合物,通过改变抗衡卤素阴离子或配位卤素阴离子调控材料的微观结构和变色性能。本文对十二例化合物的合成、结构及变色性能进行了详细分析,深入探讨了其光致变色差异的机理。主要分为以下五部分:一、简要介绍了变色材料的研究背景、应用和分类,系统地介绍了紫精基变色材料的研究进展。同时,还阐述了紫精基化合物的变色机理,进一步详细地介绍了影响紫精材料变色性能的因素。二、使用o-CBbpy作为有机组分,分别以Cl^–和Br^–为抗衡阴离子,成功地获得了两例同构化合物[o-CBbpy·Cl]（1）和[o-CBbpy·Br]（2）。1和2中相邻的o-CBbpy基团通过π···π相互作用组装成二聚体。二聚体之间通过氢键作用形成zig链,每条链由氢键作用形成2D波状层,并进一步通过π···π堆叠作用形成3D超分子结构。将上述化合物中的有机组分使用m-CBbpy替代,得到了另外两例具有类似3D超分子结构的化合物,[m-CBbpy·Cl·H₂O]（3）和[m-CBbpy·Br]（4）。通过对化合物变色性能的测试,进一步探究了电子供体选择及供受体间距离对变色性能的影响。在紫外光的刺激下1和3表现可逆的光致变色特性,当抗衡阴离子被Br^–取代后,2表现出肉眼无法识别的光致变色现象,而4则具有较强的光学惰性。因此,我们推断骨架中吡啶鎓的N⁺阳离子与电子供体（卤素,O原子等）之间的距离对光致变色行为起到非常重要的作用,这些结果将对设计合成新型光致变色材料有重要的指导意义。此外,1～4的电致变色过程并没有表现出明显的差异。三、采用溶剂热的方法合成了六例金属-紫精配合物[Zn Cl₃（o-CBbpy）]（5）,[Zn Cl₃（m-CBbpy）]（6）,[Zn Cl₃（p-CBbpy）]（7）,[Zn Br₃（o-CBbpy）]（8）,[Zn Br₃（m-CBbpy）]（9）和[Zn Br₃（p-CBbpy）]（10）。5～10的结构类似,都具有Zn X₃L（X=halide atom;L=viologen-based ligand）基本结构单元,Zn²⁺采用扭曲四面体构型,相邻寡聚体通过配体之间的π···π堆积相互作用以头到尾的方式组装,从而形成π-堆积二聚体,二聚体之间依靠π···π堆积和氢键相互作用构筑3D超分子骨架。它们具有类似的光致变色,光控发光,电致变色和光电流响应性能。不同的是,在紫外光刺激下5～7表现出更高的光敏特性和选择性响应识别软X射线,暗示了其在X射线探测领域的应用前景。此外,配合物中独特的电子转移机制也赋予了有趣的光电流响应性质。5～10的光致变色行为存在明显差异,可能是由于卤素负离子稳定自由基的能力不同与强CT（charge transfer）络合作用协同作用的结果。四、使用对称紫精bp-CBbpy·Cl₂和bm-CBbpy·Cl₂作为有机模板,诱导产生无机单核阴离子簇,合成了两例D-A型具有优异光致变色和电致变色性能的化合物[（bm-CBbpy）·（Cd Cl₄）]（11）和化合物[（bp-CBbpy）·（Cd Br₄）]（12）。11和12中[Cd X₄]^2–（X为Cl或Br）阴离子结构单元填充在配体阳离子所生成的通道中,阴阳离子组分依靠氢键和π···π堆叠弱作用共同构筑了3D超分子框架。通过微调无机组分尺寸,实现了化合物的光敏性和自由基状态的稳定性的可控调节,12表现出更高的光敏特性,此外,着色态12P在空气中更加稳定能在黑暗条件下保持60天以上,可能归因于12中较大尺寸的无机低核阴离子簇有利于自由基的稳定。五、对本文中的工作进行总结并对课题的研究前景进行了展望。