氟化硼二吡咯甲川（4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene,BODIPY）荧光染料具有优良的光化学和物理特性,引起了研究学者的广泛关注。但是因其吸收和发射谱的波长短,荧光量子产率偏低等缺点,使其在实际应用方面受到限制。因此,优化设计优良光学性能的新型BODIPY荧光染料具有重要意义。本论文通过密度泛函理论分析了取代基与杂原子在扩大的π共轭体系中对BODIPY单体/二聚体荧光染料分子的电化学特性和荧光性质的作用机理。普遍观点认为吸电子基团会让光谱红移,而给电子基团会让光谱蓝移,但是本论文中单体分子的计算结果表明,当分子结构中已经存在吸电子基团时,引入更强的给电子基团可以使HOMO轨道能量大大提高,从而显著减小HOMO-LUMO能隙(ΔEH-L),导致荧光分子的吸收/发射波长发生更多的红移。此外,论文研究表明,当结构中的吸电子基团（-CF3）和给电子基团（-CH3/-NH2）太强时,会影响到材料中电子和空穴的平衡传输,导致其无法作为OLED器件的原材料。当材料具有这样特点时,更适用于生物成像、荧光离子探针等领域。研究二聚体化合物的结果表明,荧光分子二聚形成体积更大的分子时,基团带来的推拉效应对二聚体吸收/发射波长的影响规律与单体分子基本一致。此外,二聚体分子体积明显增大,共轭体系中的π电子太多,导致电子与空穴无法进行平衡传输。值得注意的是,激发这些二聚体化合物的难度虽然有所提高,但是它们的吸收和发射波长都有非常显著的增长,因此它们作为近红外荧光材料具有非常理想的应用前景。本论文还采用了极化连续介质模型（PCM）模拟了外部溶剂极性对BODIPY单体/二聚体荧光化合物的吸收和发射波长的影响,验证了单体/二聚体分子均具有分子内电荷转移型染料的明显特征,即随着溶剂极性的增加,材料的吸收波长变化很少或者不变,而发射波长会显著的向长波长移动。本论文中,BODIPY荧光染料的结构、光学特性和电化学性质的基础理论研究为更好的理解这类荧光化合物结构与性质之间的关系提供了理论基础,为实验工作者设计和合成具有更优良性能的BODIPY类荧光材料提供了理论依据。