大环化合物对超分子化学的研究起着非常大的促进作用。每一种新的大环化合物的出现不仅能加快超分子化学的发展,还极大地丰富了超分子化学内容。早些时候发现的几种重要的大环主体化合物,比如冠醚,杯芳烃,环糊精和葫芦脲都受到了研究者的广泛关注,并在分子识别,纳米技术,荧光传感,药物的控制释放和超分子聚合物材料等领域得到了深入的研究与应用。近年来,一类新的大环主体——柱芳烃,由于其独特的结构,成为研究的热点。本论文主要研究柱芳烃在水体系中的自组装及其应用,分为以下三个部分。第一部分的研究工作,我们利用四种不同的水溶性柱芳烃(包括羧酸根柱[5]芳烃,羧酸根柱[6]芳烃,咪唑盐柱[5]芳烃,咪唑盐柱[6]芳烃)制备了四种水溶性金属纳米粒子。分别研究了咪唑盐柱[5]芳烃修饰的金纳米粒子的催化性能,咪唑盐柱[6]芳烃修饰的银纳米粒子用于特定氨基酸的检测,羧酸根柱[5]芳烃修饰的银纳米粒子用于精胺及其类似物的检测,以及利用百草枯衍生物和羧酸根柱[5]芳烃,羧酸根柱[6]芳烃之间络合常数的不同来可逆的调节银纳米粒子的组装。在第二部分的工作中,我们合成了首个两亲性柱芳烃,发现此两亲柱芳烃在水中分散时,最初形成囊泡结构,由于此两亲柱芳烃上的氨基能够被酸质子化,所以当体系pH下降时囊泡会转变成胶束。此外,随着时间的延长,这些囊泡会转变成微米管状结构。同时,此两亲柱芳烃也可以用来制备金纳米粒子。进一步的利用此两亲柱芳烃修饰的金纳米粒子可以组装形成杂化微米管,此类组装形成的杂化微米管非常稳定,可以用来作为催化剂催化还原芳香硝基化合物,重复利用20次而催化效果没有明显的降低。最后我们研究了不同的亲疏水基团对两亲柱芳烃组装形貌的影响,发现亲水基团的改变,以及氢键的强弱是影响柱芳烃组装的关键因素。在第三部分工作中,我们首先利用水溶柱芳烃和客体分子构筑超两亲分子,由于主客体络合的环境响应性,利用此类超两亲分子在水中组装形成的囊泡等结构可以用来控制释放药物分子。此外,结合第一部分工作,将水溶性柱芳烃修饰的金纳米粒子引入超两亲体系中,可以构筑杂化的超两亲体系。利用金纳米的光热特性,可以实现近红外调控的组装。