有机电子学以有机分子材料为基础，而绝大多数的有机分子都是芳香型分子。而从结构本质的角度考虑，醌型分子具有分子结构刚性且平面，光学带隙窄，吸收系数大，电子亲和性强等优势，正是有机电子学研究需要的有机分子，而目前基于醌型分子的研究在有机电子学领域则非常少。本论文以醌型分子为基础，从分子荧光及近红外荧光，醌型分子的N-型及P-型电荷传输性能，双极性单晶FET性能，分子对称性和氢键对OTFT性能的影响及小分子太阳能电池等方面展开探索和研究。　　1、芳香型分子在荧光领域占据着主导地位，而醌型分子的荧光性质则少有报导过。我们报导了基于几乎不发光的醌型二噻吩荧光团的设计与合成。醌型二噻吩QBTT-C6的荧光量子产率为8.5％，比QBT高25倍，而其最大发射波长相似。QBTT-Ar由于分子内电荷转移可进一步将最大发射波长转移到近红外区域。通过调节芳基上的取代基的性质，从吸电子的三氟甲基到供电子的甲氧基，可以程序性地增强QBTT的分子内电荷转移。研究过程中，我们意外地观察到分子内电荷转移和荧光量子产率之间正相关的关系。而且醌型寡聚噻吩中的QBTT-FL分子的荧光量子产率了高达53.1％，是醌型寡聚噻吩体系中的最高的数值。通过详细的光物理过程及计算研究，我们证明了QBTT-Ar中的系问窜越（S1→T2）被显著抑制，可能是由于其反向系间窜越(S1←T2)具有更小的活化能。这项工作揭示了可以从醌型分子本质的窄带隙特性来开发的红光或近红外荧光团的可能性。　　2、大部分高性能有机半导体都具有高度的分子对称性，然而，对称性是否是分子设计的一个必要因素是不明确的。我们设计并合成了具有不同硫原子取向和稳定的E-式构型的三种醌型二噻吩异构体QBTT-o，QBTT-i和QBTT-s，并进一步研究其结构对称性和有机薄膜晶体管性能之间的关系。我们发现具有高度C2h对称性的QBTT-o和QBTT-i分别表现出0.02和0.15cm2V-1s-1的电子迁移率，而QBTT-s则表现出更高的电子迁移率0.32cm2V-1s-1和高达106的Ion/Ioff值。从QBTT-o，QBTT-i到QBTT-s，其逐步增强的电子迁移率可以归因于不同的硫取向，特别是分子对称性。我们通过掠入射广角X射线散射，近边X射线吸收精细结构光谱，原子力显微镜和分子动力学模拟系统地研究了三种QBTT分子的薄膜微结构。结果发现，其薄膜的结晶度很大程度上依赖于硫取向，从QBTT-o，QBTT-i到QBTT-s，结晶性逐渐增强，而且与OTFT性能提高的趋势一致。与具有相同C2h对称性的QBTT-i相比，QBTGo的OTFT性能可归因于其不同的硫取向，同时我们推测QBTT-s最强的结晶性可能归因于不对称分子的弱的偶极矩。因此，分子对称性是高性能有机半导体设计中需要认真考虑的一个重要问题。　　3、我们以研究较多的DPP结构单元和本课题组应用最多的噻吩[3，4-b]并噻吩结构单元为基础，设计并合成了一个含有-NH-基团和羰基的醌型分子QDPPBTT。并以该分子为基础，通过研究其OTFT薄膜的AFM图像和GIXD图谱及迁移率随温度的变化，分析了其薄膜形貌随温度的变化趋势以及氢键在其中所起的作用。研究表明，在较低温度下(25℃到160℃)，随着温度的逐渐升高，薄膜形貌及晶相无明显变化，只是晶区尺寸的增加，迁移率均在10-4cm2V-1s-1;而到了一定的温度190℃时，由于分子间氢键发生破坏并重新组合，薄膜发生了晶相的改变，同时迁移率陡然增加了三个数量级，达到0.13cm2V-1s-1。根据这个规律，我们可以基于分子内氢键设计温度稳定的OTFT有机半导体分子。　　4、我们开发了利用双C-H活化的环化反应合成新型半导体分子醌型IDBT的新策略，来合成具有完全不同光电特性的IDBT衍生物，包括IDBT-l-TIPSA、IDBT-l-Mes和IDBT-a-Mes。其中，基于IDBT-l-TIPSA的单晶场效应晶体管在外界环境条件下具有高达0.64cm2V-1s-1的电子迁移率和0.34cm2V-1s-1空穴迁移率。　　5、芳香型有机共轭分子在有机光伏领域占据绝对优势，相比较而言，虽然醌型有机分子具有刚性和平面的分子结构，以及光学带隙窄，吸收系数大，电荷传输性能优异等优势，但是其在该领域的应用一直未被探索和开发。我们报导了通过稳定IP分子的醌式共振来设计并合成的醌型噻吩并噻吩衍生物DTIP。我们发现，与双极性的IP分子相比，具有稳定分子构型的DTIP表现出高达0.22cm2V-1s-1的单极性空穴迁移率，是典型的P-型半导体材料，其比原始的IP-O分子高一个数量级，甚至与QQT(CN)4分子的单晶场效应晶体管(FET)相当。DTIP表现出比与其对应的芳香型分子BTT更好的光伏性能，其最佳PCE为4.07％。