配位超分子笼一般具有特定空腔结构，该空腔结构可以形成特殊的化学微环境，使其在客体识别、稳定活性中间体、促进化学转换、传感、药物传输和超分子催化等方面显示出了广阔的应用前景。然而，大部分已报道的配位分子笼具有二元结构组成和单一的空腔结构大大限制了其结构的可控调节及功能化。为了克服这些挑战和局限，本论文采用有机分子容器磺酰基桥连杯[4]芳烃和结构功能化的侨联配体做为结构基元，通过自组装构筑具有多元组分和多空腔结构的配位超分子笼。这类新颖的吡啶功能化配位超分子笼展现出优越的选择性客体识别性能以及高效稳定的电催化产氧等性能。我们的结构功能化策略为设计和开发具有多功能应用的超分子笼材料提供了一个确实可行的新研究思路。本论文的主要内容具体包括:　　1.吡啶功能化的配位超分子笼的合成和表征　　以金属离子M2+(M=Co，Ni,Zn)、磺酰基桥连杯[4]芳烃和吡啶功能化的柔性二羧酸配体(H2BrL1)为原料，通过自组装反应合成了一系列配位超分子笼化合物。运用单晶X-射线衍射、红外光谱、热重分析、粉末X-射线衍射、核磁共振谱、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等分析手段对这些化合物进行了系统的表征。这些化合物具有同构结构，都包含一个由四个二羧酸配体侨联两个四核金属结构基元组成的阳离子配位分子笼和两个溴离子做为抗衡离子。它们都具有双重多空腔结构，包含两个由杯芳烃上冠构成的外空腔、以及一个由杯芳烃下冠和二羧酸侨联配体构成的内空腔。光谱分析结果表明由吡啶功能化修饰而构成的电子推拉体系可以显著的提高配位分子笼的分子内电荷转移。　　2.配位超分子笼的选择性客体识别性能研究　　采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和核磁共振滴定分析方法，系统的研究了配位超分子笼在溶液中的主客体化学行为。结果表明，该配位超分子笼对具有氨甲基吡啶类客体表现出良好的选择性。主客体复合物的形成在降低分子内电荷转移的程度的同时产生了超分子笼主体分子和客体分子间的分子间电荷转移，从而导致了其吸收光谱和发射光谱的显著蓝移。证实了超分子笼的分子内电荷转移在电子性能的调控中起到的关键作用，发现这种电荷转移可以通过超分子笼的内空腔对特定的客体分子的选择性包容封装来实现有效的可控调节。　　3.配位超分子笼的电催化性能研究　　以配位超分子笼做为稳定的分子电氧化催化剂，对其电催化性能进行了系统的研究。研究结果表面这些功能化的配位超分子笼具有高效的电催化析氧反应(OER)性能:在10mA/cm2的电流密度条件下的最低过电位为0.290伏;具有优越的稳定性高达48小时而不产生任何明显的变化。配位超分子笼所表现出的优良的电催化行主要是由于:(1)四核金属簇结构单元可以提供多重可靠的金属活性位点;(2)其独特的多空腔构型有利于离子的储存并促进与金属活性位点的密切接触;(3)吡啶功能化基元可以有效的提高体系的电荷转移能力从而大大促进电催化析氧性能。