金属硫族超四面体纳米团簇是由几十个乃至几百个原子通过共价键形成的具有立方相硫化锌碎片结构的原子聚集体,起到连接小分子簇合物和凝胶半导体纳米粒子的桥梁作用。由此类团簇构筑的固态开放骨架半导体材料显著有别于传统的浓密相II-VI族半导体材料,逐渐成为半导体材料学家的研究热点。尽管近十年来,此类团簇的种类不断增多,且尺寸不断增大,然而针对团簇中多元组份分布问题以及团簇内特定位点精确掺杂问题的研究仍显不足。了解并实现纳米团簇中的组份有序分布和精确掺杂有助于构建结构与性能的关系,并为新型半导体材料的设计合成和性能调控提供理论支持。本论文集中研究了离散型金属硫族半导体超四面体纳米团簇的设计合成、后掺杂修饰及光电性能调变。我们通过超强碱参与的溶剂热合成方法成功制备了一例基于镉铟硫无核纳米团簇的半导体材料化合物,并依据其结构特点对它实施了金属离子精确掺杂研究,深入探讨了掺杂样品的光学和光电性能变化。具体研究内容如下:(1)通过两步合成法在一个具有类似“核壳结构”的Cd-In-S无核纳米团簇中实现了多元组份的有序分布和铜离子精确掺杂。我们首先制备了一例基于空心超四面体硫族Cd-In-S纳米团簇的半导体材料(命名为ISC-10-Cd In S),然后通过扩散法将单个铜离子引入团簇的中心空缺位,获得一例Cu-Cd-In-S四元组份的纳米团簇,实现了固态半导体材料的精确掺杂。单个铜离子的引入显著提升了母体材料在可见光区的光电响应性能。(2)采用两步法成功将二价锰离子掺杂到Cd-In-S无核纳米团簇的中心空位,实现了锰离子掺杂剂在主体半导体材料晶格中的有序分布。通过荧光(PL),X射线光电子能谱(XPS)以及电子顺磁共振(EPR)等分析手段证实了锰离子被引入到纳米团簇中心空位。与主体材料较弱的蓝绿光发射(约490 nm)不同,锰离子掺杂后的样品表现出很强的红光发射(室温下为630 nm,30K下为654 nm),这相对于传统锰离子掺杂的II-VI族半导体材料的橙光发射(约585 nm)发生了明显红移。通过大量的对比试验和荧光动力学分析,我们明确了掺杂诱导的荧光发射机理。(3)基于单相半导体ISC-10-Cd In S材料,我们进一步阐明了其作为近紫外或蓝光激发下荧光粉转换白光LED的可能性。单一锰离子掺杂或单一铜离子掺杂使母体样品分别发射红橘光和淡黄光。通过对母体样品实施铜锰离子共掺杂或者通过把母体样品与两种单一掺杂样品按一定比例机械混合,均可在近紫外光激发下实现光区较宽的白光发射(从450到800 nm)。