近年来,二维(2D)层状材料(如石墨烯、金属硫化物、金属氧化物、金属氢氧化物)以其独特的物理化学性质吸引了科研工作者的广泛关注。然而目前2D层状材料的制备多采用自上而下的物理或化学剥离的手段,这就使得制得的二维材料的性能往往受限于相应的块体材料,且人们几乎无法制备结构和功能可调控的二维材料。另一方面,通过电弧放电、激光刻蚀、化学气相沉积等传统物理手段制备的碳纳米管纯度有限,这极大地制约了碳纳米管的性能,不利于其大规模工业化应用。如何实现碳纳米管的可控制备仍然面临巨大挑战。自下而上的有机合成法有望解决上述问题。通过选择不同的有机模块前驱体,人们不仅可以调控2D层状材料的结构和功能,也可合成多种π共轭碳纳米环,这些碳纳米环可以视为相应碳纳米管(CNTs)的侧壁片段。最近,通过自下而上的有机合成法,2D导电金属有机框架化合物(MOFs)和π共轭碳纳米环获得长足发展。本论文致力于π共轭体系(包括导电2D MOFs及碳纳米环)的可控合成和性质研究,具体研究内容如下:1.通过较温和的溶液相配位反应,首次合成了镍酞菁基导电2D MOF(NiPc-MOF)。利用多种表征手段对NiPc-MOF的晶体结构和组成进行了详细的表征,进一步的电化学测试表明NiPc-MOF在碱性条件下展现出优异的催化水氧化的性能,包括较低起始电位,较高的质量活性和转换频率,以及持久的催化稳定性。NiPc-MOF的成功合成拓宽了导电2D MOFs的结构多样性,也拓展了其应用范围。2.基于铂配位的模板合成法和金属还原消除反应,探索出一条全新的制备联萘环([8]CN、[9]CN及[12]CN)的合成方法,从前驱体到产物仅需三步,产率大幅提高。另外我们还研究了联萘环在THF溶液中的光物理性质,进一步揭示了其独特的尺寸效应。铂配位的模板法为联萘环的合成开辟了新的途径,为自下而上合成尺寸均一的碳纳米管提供了几种新颖的分子模板。3.基于铂配位的模板合成法和金属还原消除反应,我们还合成了两种更大的π共轭延伸的大环分子CHBC[8]和CHBC[6]。其中CHBC[8]是目前通过自下而上方法合成的拥有共轭碳原子数最多的环状共轭碳纳米环分子。CHBC[n]s(n=4,6,8)在核磁氢谱、光物理性质、电化学性质、光电响应等方面均展现出独特的尺寸效应,理论计算表明CHBC[n]s张力能随其尺寸增大而显著下降。4.通过研究两种新型碳纳米环(TCR与HCR)与C60之间的超分子相互作用,我们发现结合常数随π共轭程度增加而增加,在光照条件下,C60@HCR和C60@TCR均产生明显的光电流。超快光谱测试表明TCR和HCR电子给体与受体分子C60之间存在高效的电荷转移。碳纳米环超分子复合物用于超分子异质结构建为该类材料在光电领域的应用提供了重要的科学基础。