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能源紧缺和环境污染的问题随着现代社会的发展变得尤为突出。针对这些问题,人们在各个科学领域寻求突破,比如开发节能LED器件以替代传统耗能光源、利用光催化分解水产生氢气提供再生能源,还原二氧化碳减轻污染等。回顾过往,我们发现这些领域的材料合成与设计方面的关注占据主导地位,而针对微纳材料体系所涉微观作用机制方面的工作仍然比较缺乏。以超快光谱技术为代表的超快测量手段的出现,为人们观测和解析这些微观过程和作用机制提供了便利。通过超快光谱可以对载流子超快动力学进行有效观测,揭示出材料体系中诸如激子动力学和光催化电荷空穴分离等微观机制,这些深层次的机理研究为相关领域中的微纳材料设计提供了有益的指导。在本论文的第一部分工作中,我们通过稳态吸收光谱,温度依赖的荧光光谱和超快光谱研究了2-苯基乙基铵碘化铅(PEPI)和4-苯基-1-丁基铵碘化铅(PBPI)这两种二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜样品。由于引入了更多的乙基基团,PBPI比PEPI具有更长的有机链。因此,其无机骨架会发生变形导致结构乱序。光谱线形和时间动力学的比较分析揭示了PBPI中更大程度的结构乱序会形成更多的缺陷态,作为陷阱态以促进激子动力学。另外,温度依赖的超快光谱显现出激子共振的精细结构,并且表明了它与无机骨架而非有机链相关。更进一步,在PEPI和PBPI中都观察到了光激发相干声子,这表明了结构乱序对无机骨架的低频拉曼振动有微妙的影响。这项工作为二维杂化钙钛矿中的光学性质、激子行为和动力学以及相干声子效应提供了有益的见解。在本论文的第二部分工作中,我们采用超快光谱研究了两种无机半导体异质结光催化复合体系。一种是用于光催化产氢的CdS/a-Ti02耦合分子催化剂所形成的异质结杂化体系:相比于CdS纳米棒与分子催化剂(HOOCpy)Co(dmgH)2(Cl)直接物理吸附的情形,当CdS纳米棒被a-TiO2包覆形成异质结后,分子催化剂中羧酸基团功能化的钴肟和a-TiO2建立界面化学连接,有效地促进加快了电荷转移和电荷空穴分离,从而导致更为高效的催化效率。另一种是用于光催化CO2转化的CdS量子点与三维ZnIn2S4纳米花形成的异质结体系:超快光谱表征揭示了其中所涉的微观动力学机理,即该半导体异质结的结构为电荷转移提供了新通道,促进了电荷空穴分离,从而显著提高了催化效率。