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在杂环化合物中的含有C=N键的杂环比相应含有氧和硫的杂环具有更低的还原电位，和更高的电子亲和力受到了我们研究组的关注。本论文选用吡嗪环为基本单元设计合成具有n-型特性的有机小分子和聚合物，研究其接受电子能力和能带结构变化规律。
1、设计合成了一系列含有吡嗪单元的共聚物，表征了它们基本光学、电化学以及电致发光性质。受体分子引入到聚合物主链，溶液态的聚合物在523 nm处出现一个的黄绿色的发射峰；薄膜状态下，所有的共聚物均实现了完全的能量转移。通过吸收光谱和电化学计算的：共聚物的LUMO能级(-3.06 eV)低于均聚芴的(-2.17 eV)，这说明共聚物能有利于电子注入。通过电致发光器件进行了进一步的表征，得到了稳定了EL光谱，开启电压在6.0-5.5 V，都低于PFO的7.0 V。共聚物的亮度和效率比聚芴都有了显著的提高。在共聚物中5BPPF的效率最高达到了1.09 cd/A，比聚芴器件电流效率提高17倍。空穴传输层PVK的引入对于器件的亮度和效率的提高较小，而电子传输层 TPBI的引入显著的增加了效率达到8.68 cd/A，最大亮度5269 cd/m2，比结构Ⅰ和结构Ⅱ有很大提高，说明引入电子传输层会比引入空穴传输层更有效的提高器件的效率。
2、设计合成了一系列含有对称吡嗪结构的共聚物，表征了它们基本的光学、电化学性质和电致发光性质。通过吸收光谱和电化学计算共聚物的LUMO能级(-3.14 eV)低于均聚芴的(-2.17 eV)，这说明共聚物是有利于电子注入的。EL光谱稳定，开启电压在6.1-4.0 V，都低于PFO的7.0 V。单层器件中共聚物PFBY5的效率最高达到了0.29 cd/A，比聚芴器件电流效率提高5倍。电子传输层TPBI的引入显著的增加了效率达到1.61 cd/A，最大亮度2980 cd/m2，说明引入电子传输层会比引入空穴传输层更有效的提高器件的效率。
3、设计合成了一系列含有吡嗪和噻吩基团的D-A型小分子。通过吸收光谱的测试发现随着噻吩单元的引入和增加，光谱发生红移，吸收光谱变宽。通过理论计算和电化学测试两种方法对其能级方面的研究得到的规律是一致的，随着噻吩单元的增加LUMO降低，HOMO升高。NT系列化合物与聚噻吩共混制备的薄膜具有明显的荧光淬灭，说明了电荷可以有效的分离。但是太阳能器件的结果不理想，能量转化效率较低。
4、设计合成了一系列三亚吡嗪化合物，研究了其光物理，电化学以及聚集行为。吸收光谱的峰值分别从111的471 nm到222的543 nm；荧光最大发射从111的552 nm到222的615 nm。随着吡嗪单元数量增加和分子共轭长度的增大，吡嗪稠环化合物的还原电位从化合物111的-0.83 V升高到化合物222的-0.35 V(VsAg/AgCl)，LUMO能级从化合物111的-3.54 eV降低到化合物222的-4.02 eV；接受电子能力提高。通过研究不同浓度和不同温度的核磁结果发现，说明吡嗪环的增加，三亚吡嗪化合物的聚集行为是增强。