苝酰亚胺衍生物(PDIs)是基于苝环中心结构,具有大的π-π共轭体系的n型有机半导体分子,且作为一种光,热和化学稳定性优异的化合物,已被广泛应用于染料,光电,自组装,生物成像等多个领域。通过化学修饰向苝酰亚胺分子引入不同的官能团,可实现PDI的多功能化。本文研究了以苝酰亚胺为基础的π-共轭体系的分子结构-自组装纳米结构与性质的关系以及基于电荷转移相互作用的自组装行为。主要内容如下:1.第一部分工作系统地研究了在溶液中和液-固界面上氢键作用对苝酰亚胺分子(PMAMI和PDINH)自组装的影响。其中,PDINH存在内在的氢键位点,而PMAMI分子则不含氢键。当向两种分子的THF溶液中加入不同比例的不良溶剂MeOH时,PMAMI与PDINH表现出不同的组装性质。研究发现PDINH通过氢键作用及π-π堆积的协同作用进行组装,PMAMI的组装则主要是依靠π-π堆积相互作用,证实了氢键对苝酰亚胺分子组装的影响,为设计和开发苝酰亚胺衍生物的潜在应用提供了新的思路。2.第二部分工作对两种具有不同烷基链长度的苝酰亚胺分子(C6-PBI和C12-PBI)的自组装行为进行了研究。研究是在THF和THF与甲醇的混合溶液中进行的,通过改变甲醇的体积比来调控两种分子的组装行为。比较两种分子的形貌及光谱数据,发现C6-PBI分子主要是通过π-π堆积作用进行组装,而C12-PBI分子则主要通过苝核之间的π-π堆积作用及烷基链提供的范德华力共同作用进行组装。研究证实了苝核端基的烷基链长度可对苝酰亚胺分子的组装行为进行调控。因此,可通过改变烷基链的长度来设计新的基于PBI的结构单元及构筑超分子纳米结构。3.第三部分工作以不同共轭芳环长度的PDI(~11?)和NDI(~6.7?)作为电子受体,以芘衍生物为电子供体,研究了电子受体的共轭尺寸对电荷转移凝胶形成规律的影响。研究结果充分体现出共轭尺寸(长度)的差异性导致CT作用机制的不同。在组装体结构内部,NDI趋向于与芘交替排列,而PDI分子则具有较强的自聚集能力。研究为设计基于电荷转移作用的超分子组装提供了更多可行的选择。