本论文设计合成了一系列三维π-共轭分子,并根据其特点分别应用于有机电致发光二极管(OLED)、可用于化学传感器的有机笼状分子以及具有光电特性的超分子聚合物三个方向的研究当中。在第一部分工作中,我们设计并合成了四个三维螺环蓝光分子。由于自身刚性的三维结构,它们能够通过溶液旋涂加工的方式形成均匀和无定形的薄膜。同时,这些三维蓝光分子的薄膜荧光光谱对热十分稳定,在200 oC的空气气氛中同一样品连续退火12小时仍能保持光谱的一致性,没有出现绿光发射带。初步的OLED器件结果表明,该系列分子能够发射出较纯的蓝光,同时其不同电压下的电致光谱稳定性也非常的好。在双层器件结构下(ITO/PEDOT/EL/TPBI/Ba/Al)最大电流效率和最大外量子效率分别可达3.4 cd·A-1和2.9%。第二部分工作则从前面合成得到的C3对称的三维骨架出发,通过动态共价化学的方法定量地合成得到了一系列刚性的纳米级荧光笼状结构。我们利用核磁共振的手段原位地观察到了笼状分子形成的动态过程并证实了多重成键效应在整个过程中的作用。同时,通过简单的化学修饰改变此系列笼状分子的侧链结构,我们可以实现在极性基底上对笼状分子表面分布行为的控制。第三部分工作是基于此三维骨架的超分子聚合物的研究。我们发现垂直方向由羧酸取代的刚性三维分子能够在溶液中和表面上形成超分子聚合物及其更高级的纳米线状结构。一系列的显微学和光谱学表征证明了这些三维的羧酸单体通过六重氢键首尾相连形成纳米线的长轴,而侧链间的弱相互作用则构成了其短轴。在依赖于氢键所形成的纳米线当中,由于不存在π-π相互作用,其生色团保持了较好的固态荧光量子效率(22%),为我们实现高荧光效率的纳米线器件提供了一种全新的思路。总之,我们所设计C3对称的三维π-共轭体系具有鲜明的立体结构特征,完全不同于目前常用于有机光电领域的平面型π-共轭体系,二者载流子传输特性、分子间聚集态及半导体性质也存在较大差异,我们因地制宜地将其优势充分应用于相关领域并获得了较好的结果。同时,不同的官能团结构修饰及合成方法的应用将有可能使得其体现出光电性质以外各种新的材料特性,如多孔性吸附材料等。