分子光开关已经被广泛应用在超分子自组装,信息储存,离子接收器等重要领域。常见的分子光开关如偶氮苯、酰基腙、螺吡喃和二芳基乙烯等,都因其独特的光致异构化特性而备受研究者的青睐。笼型或环状大分子是常见的分子或离子受体,在离子识别和离子捕获方面具有广泛的应用。将光开关嵌入到大分子笼或环中,期望光触发的异构化改变受体分子对离子的亲和性,实现可控的离子捕获和释放。但是此方面的研究报导较少,这主要是由于分子光开关嵌入的大环或笼型分子合成难度较大,直接进行制备和实验研究成本较高,盲目性较强。因此,本文首先使用计算的方法研究环状或笼型分子光开关的光化学属性以及其对离子的亲和性,对于开发可控的离子受体具有重要的理论指导意义。本文设计了4种笼型分子光开关,偶氮苯笼型分子、酰基腙笼型分子、螺吡喃笼型分子和二芳基乙烯笼型分子,使用密度泛函理论研究了它们的光化学属性以及在离子识别方面的潜在应用。此外,本文还设计了 4个含有偶氮苯或酰基腙的大环分子,并对其吸附氯化钠离子对的能力进行了探讨。本文的主要研究内容如下:（一）光开关嵌入的笼型分子的设计本文从理论的角度出发,以文献报道的含有三条4,4’-二甲胺偶氮苯支链的分子笼作为母体分子,通过用不同类型的分子光开关类型以及对支链连接处的基团进行修饰改造,得到了偶氮苯、酰基腙、螺吡喃和二芳基乙烯这四种不同光开关嵌入的笼型分子。本文研究了这四个笼型分子的理化性质:（1）对比了笼型分子E/Z异构体中空腔结构的差异。结果显示,偶氮苯笼型分子从E到Z异构体,笼型分子整体高度缩小近一半,中心横截面也随之增大。酰基腙笼型分子从E到Z异构体,空腔内体积大幅度减小。螺吡喃笼型分子从E到Z异构体,支链上有旧键的断裂和新键的生成,整体高度略有增大。二芳基乙烯笼型分子从E到Z异构体,支链上发生了闭环反应,并伴随着新键的生成,每条支链上的原子趋近于平面,整体高度并没有明显变化。（2）模拟了E/Z异构体的紫外可见吸收光谱。结果显示,偶氮苯笼型分子E异构体可在蓝绿色可见光区496.45 nm处测得n-π*吸收峰,吸收峰发生明显红移,Z异构体可在紫外光区319.87 nm处测得π-π*吸收峰。二芳基乙烯笼型分子E异构体的吸收峰在357.67 nm处测得,Z异构体的吸收峰在橙色可见光区625 nm处测得,与二芳基乙烯相比,其吸收峰发生明显红移。（二）偶氮苯笼型分子对阳离子的识别能力本文通过分子拓扑分析和吸收光谱拟合研究了偶氮苯笼型分子对九种金属阳离子的识别性能。结果发现Cu2+离子与偶氮苯笼型分子发生了非共价结合,并引起笼型分子吸收波长发生了约89 nm的红移,而其它的被测阳离子（包括Cu+）与偶氮苯笼型分子均未产生相互作用,并且结合了离子的笼型分子吸收光谱无明显变化。因此,本文计算的偶氮苯笼型分子或许可以作为Cu2+离子的特异性识别受体使用,值得进一步开展实验研究。（三）光可控氯化钠离子对受体的设计本文以文献报道的Cl-离子或NaCl离子对受体作为母体分子,引入光开关基团和柔性冠醚链,设计了四种光开关嵌入的环状大分子,研究了这四种环状分子与NaCl离子对的结合能力。结果显示有一种酰基腙光开关嵌入的环状分子,E/Z异构体对NaCl离子对的亲和性有较为明显的差异,值得做进一步的研究。基于此有望开发出光可控的NaCl离子对萃取剂。