二维过渡金属硫属化合物（TMDs,transition metal dichalcogenides）作为新一代的二维纳米材料,具有较大的直接带隙,较高的载流子迁移率,以及大的激子束缚能,在过去几年间被广泛地应用在光电子器件研究领域中。然而,现阶段的过渡金属硫属化合物基光电子器件的量子效率仍呈现一个较低水平（0.01%-1%）,无法满足实际应用的需求。因此,迫切地需要理解二维过渡金属硫属化合物基光电子器件低量子效率的根本原因,并同时对其量子效率进行有效的提升。基于此,本论文从提升常见的TMDs（如MoS₂,WSe₂等）材料的量子效率这一角度出发,深入地研究了TMDs晶体中的超快载流子动力学行为,尤其是参与非辐射复合的载流子行为,从根本上揭示了TMDs材料低量子效率的原因。在此基础上,通过对TMDs中载流子行为进行有效地调控,减少载流子的低荧光效率的复合通道和增加高荧光效率的复合通道,我们成功实现了对TMDs材料荧光强度的显著提升。主要的研究内容如下:（1）利用飞秒瞬态吸收光谱技术对单层MoS₂中非荧光活性的高能C激子动力学行为进行了研究,并在C激子中观测到不同于前人报道的缓慢弛豫过程。通过对实验数据的分析,我们提出了全新的C激子弛豫模型,证实了这个缓慢的C激子弛豫是受到能谷间载流子转移过程的限制。此外,在多层WSe₂中观测到异常的低温荧光淬灭现象,通过瞬态吸收光谱证实该荧光淬灭现象的原因是源于缺陷辅助的俄歇复合过程统治了光生载流子的复合途径,并观测到了由不同深缺陷能级诱导的两种不同速率的俄歇复合过程。利用俄歇复合模型进行定量地拟合,我们得到一快和一慢两个不同的俄歇复合捕获速率分别为6.69±0.05×10^-2 cm² s^-1和1.22±0.04×10^-3 cm² s^-1。（2）基于上述对载流子非辐射行为的理解,我们首次提出热驱动带电激子离化的模型去降低TMDs内低荧光效率的带电激子数量。随后在化学气相沉积生长的单层MoS₂中证实了该模型的成立,进而实现了单层MoS₂近3倍的荧光发射增强。此外,利用原子层沉积技术在单层MoS₂表面生长氧化铝纳米球,通过控制气体分子与MoS₂的接触面积有效、精准地实现了气体分子对单层MoS₂掺杂的调控。进一步,基于质量作用模型（mass action model）的计算得到该气体分子掺杂方法对单层MoS₂中电子密度调控范围为9.2×10¹² cm^-2至3.6×10¹³ cm^-2,掺杂的电子浓度差可达到2.7×10¹³ cm^-2。（3）除了载流子浓度的调控外,我们同样对多层MoS₂中载流子的能态进行调控,并提出了一种新的发光增强机制——高温诱导载流子从间接能带转移到直接能带,进而在实验上获得了近6.5倍的直接跃迁荧光增强（相比室温300 K）。随后,理论和实验的结果均对热驱动能谷间载流子转移模型进行了证实,并排除了高温诱导的层间去耦合的效应。