为了满足光催化,光动力治疗等领域对稳定、经济、低毒三重态光敏剂日益增长的需求,开发低毒、低成本、高摩尔消光系数、长三重态寿命的无重原子三重态光敏剂十分重要。此外,研究新的系间窜越机理对于基础光化学也具有重要意义。到目前为止,关于无重原子三重态光敏剂的报道较少,且系间窜越性质及分子结构之间的关系不明确。为了进一步研究如何促进无重原子化合物的系间窜越能力,本文设计了含噻吩取代基的由不同芳基酰亚胺发色团构建的三重态光敏剂。噻吩是一种常用的具有弱磷光的化合物,且被广泛用作电子给体。尽管含噻吩基团的有机、无机化合物的制备及其在不同领域中的应用已被广泛报道,但对噻吩取代有机发色团的三重态性质的相关研究很少见于报道。本文着重介绍了用噻吩基取代不同有机发色团的无重原子三重态光敏剂分子的设计、合成及系间窜越的机理研究。（1）基于噻吩基和苯基取代的苝-3,4:9,10-双（二甲酰亚胺）（PBI）化合物,制备了在PBI港湾位有不同数量取代基的化合物,并研究了取代效应对光物理性质,特别是系间窜越效率的影响。与对照化合物（在港湾位置具有单苯环取代基的衍生物MP-PBI,单线态氧量子产率ΦΔ=23%,三重态寿命τT=48.5 μs）相比,MT-PBI（港湾位单噻吩基取代）的ΦΔ高达70%,τT最长达64.4 μs。量子化学计算表明,S1和T1的能级差以及自旋轨道耦合（SOC）的大小对系间窜越效率有较大影响。飞秒瞬态吸收光谱表明MT-PBI的系间窜越速率常数为8.0 × 108 s-1,且不存在电荷转移过程。在牺牲性电子给体三乙醇胺（TEOA）存在下,观察到PBI衍生物的光驱动电子转移,能可逆产生PBI阴离子自由基（PBI-*）。在MT-PBI中也观察到P型延迟荧光,其发光寿命为31.0 μs。（2）通过在萘酰二亚胺（NDI）的2位（MT-NDI）和2,6位（DT-NDI）用噻吩基取代,合成了 NDI衍生物,研究了噻吩取代基对系间窜越的影响,并与苯基取代的NDI对照化合物进行了比较。纳秒瞬态吸收光谱表明,此类衍生物比对照化合物具有更长的三重态寿命（MT-NDI为103.2 μs,DT-NDI为40.8 μs）。MT-NDI的单线态氧量子产率为41%（在甲苯中）。飞秒瞬态吸收光谱表明,MT-NDI和DT-NDI在很短的时间内（约10 ps）经历了溶剂弛豫和内转换过程,由于系间窜越速率较慢,在飞秒瞬态吸收光谱仪的时间检测窗口范围内,未观察到三重态的生成。在极性和非极性溶剂中,飞秒瞬态吸收光谱均未观察到NDI的阴离子自由基或噻吩的阳离子自由基,因此系间窜越不是通过电荷分离/电荷复合来实现的。DFT/TDDFT计算表明,S1和T2能级的匹配是MT-NDI具有高效系间窜越的原因。以DT-NDI为三重态光敏剂,苝为三重态受体,观察到了三重态-三重态湮灭诱导的苝的延迟荧光,发光寿命达80 μs。在三乙醇胺（TEOA）存在下,通过光还原产生了 NDI的阴离子自由基,且自由基可被空气氧化,生成中性化合物。用MT-NDI作为三重态光敏剂,苝为受体,得到了 2.1%的三重态-三重态湮灭上转换（TTA-UC）量子产率。（3）制备了噻吩基取代的芳酰亚胺（苝、蒽和萘酰亚胺）,并用稳态、时间分辨瞬态吸收光谱及理论计算研究了取代效应对系间窜越能力的影响。用噻吩和苯基取代,均可使化合物吸收波长红移。DFT/TDDFT计算表明,HOMO能级的升高和LUMO能级的降低是吸收和发射红移的原因。MT-Per具有高达60%的单线态氧量子产率,纳秒瞬态吸收光谱表明了三重态的形成,且三重态激发态寿命为282μs。量子化学计算表明,噻吩的取代改变了单重态和三重态的能级,S1/T2态能级的匹配是噻吩取代芳酰亚胺化合物系间窜越增强的主要原因。