光驱动催化制氢使用的染料几乎都是钌或铱等金属络合物,但是由于这些金属元素稀有且染料难合成,将一定程度上限制它们的发展。同时,有机染料则凭借其成本低,资源丰富,易合成等优越性,近年来受到了科研人员的广泛关注。在均相光驱动催化制氢体系当中,Gueret等人实验合成了带一个正电荷的有机染料三氮杂苯环（Triazatriangulenium,TATA⁺）,与基准钌三联吡啶相比,在相同的实验条件下,TATA⁺的制氢性能大大超过了基准钌三联吡啶。由于均相光驱动催化制氢有机染料关键参数的理论计算目前还不够准确,部分数值误差较大,为了获得更加符合体系的关键参数的理论计算方法以及更具竞争性的制氢有机染料分子,本论文对实验合成较好的有机染料TATA⁺进行了如下研究:（1）为了得到与实验值更加匹配的理论计算方法,基于有机染料TATA⁺实验合成后测得的电化学实验数值,采用密度泛函理论（DFT）以及含时密度泛函理论（TDDFT）,对有机染料基态结构优化和激发态计算用到的交换相关函数及基组进行了测试并筛选,最终,THCH函数和6-311G+（d,p）基组是与实验值最为匹配的,整体误差仅为1%,为后续新型有机染料分子的设计提供了理论保证。（2）通过对实验合成TATA⁺有机染料的乙氧基乙醇侧链进行原子替换或添加官能团进行修饰,设计得到了新型有机染料T⁺101-T⁺109。对T⁺101-T⁺109分子结构、能级排列、吸收光谱、氧化还原电位以及光诱导电子转移自由能的一系列关键物理参数的研究,表明:T⁺103和T⁺104染料光谱吸收性能优越,还原电位和光诱导电子转移自由能数值分别达到了E_red=-1.34 V和△G⁰=-0.77 e V,较TATA⁺染料都有一定程度提高。使用正戊胺和正庚醇做侧链时,将更加有利于促进还原淬灭过程,从而有效提高光驱动催化制氢的效率。（3）以TATA⁺的母体原型T⁺01染料为基础,在R1和R2位置对染料分子侧链进行了系统的分子设计,得到了一系列有机染料,通过研究它们的分子轨道能级水平、吸收光谱、摩尔消光系数、光诱导电子转移自由能、氧化电位以及还原电位等,发现中正丁烷链同时存在于R1和R2位置得到有机染料T⁺12时效果是最好的,最大吸收峰位为521nm,整体很好的覆盖了可见光,相对于TATA⁺,其最大摩尔消光系数提高了16.1%,达到了7.735×10³M^-1·cm^-1,并且E_red=-1.51 V和△G⁰=-0.93 e V分别提高了24%和48%,因此理论上认为T⁺12可能是可见光驱动制氢中潜在高效的有机染料分子。（4）以T⁺12为基础,通过修饰三氮杂苯环,设计了一系列有机染料T⁺201-T⁺216,其中T⁺205、T⁺210和T⁺211可能是较好的可见光驱动氢生产装置中的候选有机染料光敏剂,其还原电位E_red值分别为-1.63、-1.84和-1.64V,△G⁰值分别为-1.31、-2.14以及-1.19 e V,相对T⁺12(E_red=-1.51 V和△G⁰=-0.93e V)染料而言都有一个较为理想的提高,另外T⁺205和T⁺210的最大吸收峰位相较于T⁺12有明显的红移,并且最大摩尔消光系数分别为1.0923×10⁴M^-1.cm^-1和1.0317×10⁴M^-1.cm^-1,较T⁺12(7.735×10³M^-1.cm^-1)提高了41.2%和33.4%。