本论文立足于当前染料敏化太阳能电池和光催化降解领域的研究热点,致力于稳定、高效有机染料分子的设计、合成及其应用研究。考虑到苯并噻唑和萘酰亚胺基团优异的光、热和化学稳定性,以及良好的光电性质,本文选取苯并噻唑和萘酰亚胺基团为构筑单元,将它们引入到咔唑、三苯胺、吩噻嗪和卟啉等有机分子的主链或外围,合成一系列的敏化染料分子,探讨了这些染料分子在染料敏化太阳能电池和光催化降解领域的应用。第一章,介绍了敏化染料在染料敏化太阳能电池及光催化降解方面的应用及相关原理,综述了敏化染料的研究历史与现状,提出了论文的设计思想及研究内容。第二章,设计合成了四种A(弱)-D-π-A结构的咔唑基染料分子,烷基咔唑作为电子给体,氰基乙酸为电子受体,在给体和受体单元之间引入不同的π共轭单元来调节染料分子的共轭度;从提高染料分子稳定性及增加分子共轭度的角度出发,在咔唑基染料分子的主链上引入了苯并噻唑基团。研究结果表明,富电子噻吩基团的引入,使材料的吸收加宽,摩尔吸光系数增大,基于染料CZCOOH-4的染料敏化太阳能电池器件表现出了最佳的器件性能,能量转换效率达到了3.61%。第三章,将苯并噻唑引入到三苯胺基团上,设计合成了五种基于三苯胺的染料分子,探讨了目标染料分子在染料敏化太阳能电池中的应用。考察了苯并噻唑单元的取代个数及不同给体修饰基团对染料性能的影响,随着三苯胺双臂位置上苯并噻唑单元及修饰基团个数的增加,材料的吸收光谱发生了较大红移。由于甲氧基修饰基团良好的推电子性能,基于TPACOOH-4的染料敏化太阳能电池器件获得了最佳的性能,能量转换效率为3.83%。第四章,设计合成了一系列吩噻嗪基染料分子,在吩噻嗪和受体氰基羧酸之间引入不同的共轭spacer,用于调节分子的共轭度,改善染料分子的光响应能力。与此同时,设计合成两种侧位烷巯基噻吩修饰的吩噻嗪基染料分子,从理论和实验上证实了吩噻嗪N(10)位上的萘酰亚胺悬挂基团对染料分子内电荷转移的不利影响,为后续分子设计提供了理论指导。SQCOOH-5相关器件表现出了较好的器件性能,在标准AM 1.5G的光照下,加CDCA的器件能量转换效率达到了5.80%,短路电路Jsc达到了10.71 m A cm-2,开路电压Voc高达740 m V。第五章,设计并合成不同连接桥(醚桥和炔桥)连接的萘酰亚胺功能化卟啉染料TNPPH2和TANPH2,并合成了相关的多种金属配合物,光物理研究表明,目标化合物在紫外和可见光区有较强的光俘获能力。光激发下,发生了从萘酰亚胺基团到卟啉中心的能量转移现象,目标卟啉染料表现出了光俘获天线的功能。从实验上证实了炔桥更加顺畅的能量转移功能(相对于醚桥来说),TANPH2和TANPZn的能量转移效率分别达到了99.6%和96.5%。第六章,设计并合成了不同连接桥(醚桥和炔桥)连接的萘酰亚胺功能化卟啉染料OPHy和QPHy,并得到了相关的锌和铜配合物,此后利用新合成的卟啉染料与Ti O2复合制备了卟啉-Ti O2复合材料,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)以及紫外可见散射光谱(DRS)对复合材料进行表征。研究结果表明,敏化剂以化学吸附的形式附着在Ti O2的表面,敏化剂的引入大大拓宽了Ti O2的吸收光谱。随后,利用该系列卟啉-Ti O2复合材料进行了光催化降解甲基橙实验研究,考察了不同样品的光催化效果。实验结果表明,相对于纯的Ti O2纳米粒子,卟啉-Ti O2复合材料的催化活性均有了不同程度的提高,其中QPHy Cu-Ti O2样品表现出了最好的光催化能力。