半导体纳米晶具有独特的物理和化学性质，在生物成像、医药治疗、太阳能电池、热电材料、光催化等领域显示了巨大的应用前景，引起了人们的广泛关注。近二十年来，以CdSe为代表，人们对于半导体纳米晶的研究已取得了重大的进展。但是也仍然存在很多问题。在生物荧光检测方面，由于CdSe中Cd元素的毒性，极大地限制了这些纳米晶的应用发展，特别是在细胞成像、免疫分析、生物传感器等领域。并且，目前人们对于半导体纳米晶的荧光机理尚未完全清楚，对于很多荧光现象还不能解释。而在太阳能电池方面，由于In和Ga是稀有元素，随着In，Ga价格的提高，寻找经济、可大规模生产的太阳能电池薄膜吸光材料成为人们研究的热点。三元铜锡硫体系化合物近年来也被人们认为是一种潜在的太阳能电池吸光材料。但与铜铟硒体系相比，其光电转换效率还比较低。因此，我们的研究主要是发展多种新型绿色无毒或者低毒性的并具有优异光学性质的半导体纳米晶的合成，并利用第一性原理计算，实验和理论结合，研究和解释了当前人们在半导体纳米晶的荧光机理中存在的一系列问题;通过各种方法调节并优化铜锡硫半导体纳米晶的能带，以期实现其光电转换效率的提高。主要的研究内容和成果如下:　　(1)使用一种简单绿色的方法一步加热快速合成制备了组分可调节Cu2Sn(SxSe1-x)3合金纳米晶。通过调节S/Se前驱体比例，纳米晶的组成可以从Cu2SnS3到Cu2SnSe3整个范围内调节。纳米晶的晶胞参数a和c随着x值的变化而变化，符合维加德定律。粉末X射线衍射和透射电镜结果证明所得到的Cu2Sn(SxSe1-x)3合金纳米晶均为单斜结构。紫外-可见吸收光谱证明纳米晶的带隙可以从1.55 eV调节到1.87 eV。另外，通过将反应用量提高10倍，证明了我们的方法适用于规模化多组分半导体纳米晶的合成。光电响应测试结果表明了所合成的纳米晶在光伏器件上的潜在应用价值。　　(2)使用热注入法制备了一系列组分可控的Cu2(GexSn1-x)S3合金纳米晶。通过调节Ge/(Sn+Ge)前驱体的比例，x值可从0到1变化。X射线粉末衍射结果表明合成的纳米晶可能是六方Pmmc纯相也有可能是铅锌矿与闪锌矿的混相。透射电镜和拉曼光谱证明合成的纳米晶为铅锌矿-闪锌矿混相结构。紫外-可见吸收光谱证明Cu2(GexSn1-x)S3系列纳米晶的带隙可以从1.46 eV调节到2.33 eV，覆盖了太阳能光电转换的最优带隙1.5 eV。另外，通过配体交换将纳米晶表面的长链有机配体除去，合成的纳米晶可直接用于太阳能电池薄膜吸收层的制备。光电响应测试结果表明所合成的纳米晶在光伏器件上具有潜在的应用价值。　　(3)通过对不同反应条件的选择，分别得到了纯的闪锌矿结构、纯的铅锌矿结构以及不同比例的两相混合结构的Cu2SnS3纳米晶。并且讨论了不同反应条件，如不同阳离子金属盐、不同活性的硫源、不同比例的配体溶液等对Cu2SnS3纳米晶晶体结构的影响。对反应机理的进一步研究发现，反应初期形成二元硫化铜晶核时反应的氧化还原环境是影响和控制Cu2SnS3纳米晶晶体结构相的根源。当处于一个还原性较强的环境时，CuxS晶核倾向于形成Cu2S相，最终导致Cu2SnS3纳米晶形成铅锌矿结构。而当反应处于一个氧化性较强的环境时，CuxS晶核倾向于形成CuS相，Cu2SnS3纳米晶最终形成闪锌矿结构。　　(4)使用水热法快速合成制备了一系列具有高稳定性、高荧光量子效率以及可调荧光光谱的铜掺杂硒化锌纳米晶。在70 min内，其荧光光谱可从438 nm调节到543nm。在室温条件下，荧光量子效率可高达20％。在中性环境下，纳米晶仍可保持17％的荧光量子效率，并且其稳定性非常好。这说明所合成的纳米晶在生物荧光检测方面具有潜在的应用价值。同时，我们利用第一性原理密度泛函理论计算，结合实验，从理论的角度研究和解释了当前人们在Cu掺杂半导体纳米晶体系中存在的一系列问题。例如：　　(1) Cu离子在半导体纳米晶中的具体掺杂位置:Cu离子占据在八面体间隙位置是热力学控制，而当反应温度提高或反应时间增加时，Cu离子将有可能部分占据Zn离子的四面体晶格位置;　　(2)Cu掺杂相关的荧光发射的本质以及Cu掺杂相关的荧光发射普遍出现的大而宽的荧光峰的原因:Cu掺杂纳米晶的荧光发射主要来源于四面体晶格上的Cu离子，Cu掺杂相关的荧光发射普遍出现的大而宽的半峰宽来源于Cu离子占据在晶格位置上而形成的宽的杂质能带;　　(3) Cu离子在半导体纳米晶中的价态:八面体间隙位置上的铜离子以+1存在，而晶格位置处Cu离子的价态处于+1与+2价之间等。　　(4)通过对不同表面配体的选择，利用简单快速的办法，在水相溶液中成功地合成了一系列尺寸为3.87±0.4 nm的硫化银纳米晶。其荧光光谱可以从790 nm调节到824 nm。并且讨论了各种反应条件，如不同的表面配体、前驱体浓度、溶液pH值、表面配体与银离子的摩尔比等，对纳米晶生长动力学和荧光性能的影响，揭示了水相法中硫化银纳米晶的生长机制。