离子交换反应是无机合成化学及配位化学中的一种常见的分子之间的反应。旧概念,新应用,离子交换反应法近年来由于在半导体基纳米晶制备中的应用而迅速成为纳米晶制备技术中一种可控的合成策略。本论文充分考虑离子交换反应的化学热力学和动力学,研究了其在制备金属/半导体异质纳米结构中的反应过程和原理;在研究配体、高压以及温度等影响因素的基础上,通过离子交换反应法制备几种新型半导体基异质纳米结构,揭示离子交换反应在半导体异质纳米结构制备中的反应过程和普适性,并研究了这些新结构的光电性能及应用。主要研究成果如下:一、离子交换反应法制备的金属/半导体核壳纳米晶的高压相变在高压条件下发现了Au@CdS核壳纳米晶的CdS壳层由纤锌矿结构向岩盐结构的转变。通过原位X射线衍射（ADXRD）谱表征证实了CdS壳层的相变压力（5.5-9.4GPa）高于纯CdS的相变压力。在CdS相变的过程中,Au@CdS核壳纳米晶仍保持其核壳结构和单晶壳层;Raman散射表征揭示了CdS壳层在受压相变前后的细微结构变化。二、离子交换法制备调控制备Au@Cu_2-x S核壳纳米晶:形貌、组分调控及近红外区光热效应应用使用离子交换反应法,原位利用Au@CdS核壳纳米晶与Cu⁺的反应,制备了具有单晶壳层的Au@Cu_2-x S核壳纳米晶。通过HRTEM和扫描透射电子显微镜（STEM）等表征手段证实了Au@Cu_2-x S单晶壳层的结晶性以及核壳之间的紧密接触。通过调控Au@Cu_2-x S核壳纳米晶形貌对其光学性质进行调节,成功实现了增强其在近红外光区（800–1200 nm）。实验与理论模拟结果证明两种表面等离子体共振效应之间的相互作用。因此实现了在近红外区第一窗口（750-900 nm）和第二窗口（1000–1400 nm）的高效光热转换效应,其光热转换效率在808 nm激光（1 W/cm²）和1064 nm激光（0.7 W/cm²）照射下分别达到59.01%和43.25%。发现了其高效杀死宫颈癌细胞的光热疗应用。三、离子交换反应的化学热力学、动力学调控制备Au/CdS异质二聚体纳米晶结构研究了具有孤对电子的不同膦配体在离子交换反应:Ag₂S+Cd²⁺→CdS+2Ag⁺中的化学热力学和动力学以及其在制备半导体基纳米结构中的反应过程。研究结果表明了膦配体的形成?键和反馈π键能力以及空间位阻效应等决定了其在纳米晶离子交换反应中的活性。通过比较制备纳米结构的反应中形成的配合物的³¹P NMR谱,获得阳离子与膦配体配位程度的差异,解释了膦配体引发的离子交换反应制备半导体基异质纳米结构的新原理。用温度对离子交换反应动力学的影响,调控Ag₂S中间态的非晶/部分结晶性,结合离子交换反应,利用因此产生的界面应力的差别调控Au/CdS异质结构的形貌演变:由核壳结构向异质二聚体结构的原位演变。结构的变化导致了不同的Plasmon/exciton耦合效应,利用光催化产氢实验发现,Au/CdS异质二聚体结构纳米晶的产氢性能最高可达7.3 mmol·g^-1·h^-1,比核壳结构高700多倍。即不同的结构导致了金属/半导体异质界面不同的电子传输方向和效应。四、离子交换法普适性制备半导体基空心及Yolk-shell异质纳米结构将离子交换法推广到氧化物半导体结构,利用Cu₂O纳米晶与S^2-的阴离子交换反应以及与Cd²⁺的阳离子交换反应,制备了Yolk-shell异质结构和空心结构。成功实现了Cu₂S空心结构纳米晶,CdS空心结构纳米晶以及半导体/半导体Yolk-shell结构（Cu₂O@Cu₂S Yolk-shell结构纳米晶,Cu₂O@CdS Yolk-shell结构纳米晶）,金属/半导体yolk-shell结构纳米晶（Au@Cu₂S Yolk-shell结构纳米晶,Au@CdS Yolk-shell结构纳米晶）的普适制备。五、水相离子氧化腐蚀制备二维单晶纳米片由软酸软碱反应为主的离子交换反应拓展到水相的硬酸-硬碱反应,采用了水相离子氧化腐蚀法将厚度为50 nm的Bi₂ Te₃单晶纳米片逐层剥离为超薄（1.2 nm左右）单晶纳米片。通过高分辨透视电子显微镜（HRTEM）,原子力显微镜（AFM）,X射线粉末衍射（XRD）,Raman散射等表征手段证明了其逐层剥离的过程并揭示了其剥离机理与Bi₂Te₃晶体结构之间的关系。使用不同的氧化试剂离子实现了腐蚀Bi₂ Te₃纳米片的形貌调控。