本论文的工作主要是寻求半导体纳米材料的“绿色”低成本可控制备新方法,并对所制备的材料进行结构表征,光学性质和相关的应用研究。这些半导体纳米材料分别是:硒化镉量子点,碲化镉量子点,三氧化二锑纳米线和纳米带。(一)报道了在具有烷烃长链的高沸点溶剂中形成硒化镉纳米晶体的一种新的生成机理,并且提出了一条制备立方相硒化镉纳米晶体的非正三辛基膦方法的新途径。新的生成机理表明,在烷烃长链中溶剂中存在氧化还原反应:即,硒粉被还原,生成硒化氢气体,同时,烷烃长链被氧化,生成烯烃长链;然后,镉络合物与硒化氢气体反应形成硒化镉纳米晶体。我们对硒化镉纳米晶体形成的过程中发生的化学反应方程式进行了讨论。通过一系列实验,我们分别检测了烯烃和硒化氢气体,证实了我们所提出的生成机理。在新的生成机理的指导下,我们提出了一条廉价而“绿色”的非正三辛基膦为基础的新路线,制备了一系列高质量的立方相硒化镉纳米晶体。我们采用廉价、“绿色”、环境友好的化学试剂,而不采用昂贵、有毒的试剂如正三辛基膦(TOP)和正三丁基膦(TBP)。采用新的反应路线得到了高质量的硒化镉纳米晶体:产物具有尖锐的紫外吸收峰,可控的尺寸(2.0至5.0纳米),明亮的光致发光,窄的光致发光半峰宽(29至48纳米),高的荧光量子产率(最高可达60%),而且产物不需要尺寸分级。(二)纳米科学技术中最引人注目和迅速发展的分支之一是将量子点应用在生物成像和生物检测中。我们首先采用液相合成方法制备了一系列不同颜色的具有明亮发光的水溶性碲化镉(CdTe)量子点,并对所合成的产物进行了细致的结构表征和深入的光学性质研究。结果表明所得到的量子点具有很好的pH敏感性质。我们与中科院生物物理所乐家昌研究员组合作,采用所制备的pH敏感量子点作为质子探针,代替荧光染料,探测分子马达中ATP合成中所产生的质子流,检测生物大分子。我们先采用单色量子标记的F0F1-ATP脂酶体作为病毒检测器,利用抗体抗原反应,实现了H9型禽流感病毒的快速、灵敏检测。更进一步,我们采用绿色和橙色量子点分别标记的分子马达,实现了H9型禽流感病毒和MHV68型病毒的独立、同时检测。本文采用的方法为实现多彩量子点编码检测生物大分子开辟了新的途径。(三)开发了一种简单的液相合成方法,即在乙二胺和去离子水的混合溶剂中,利用空气中的氧气直接氧化块体金属锑,大量制备了尺寸均一、具有很好晶面的矩形截面的单晶正交相三氧化二锑纳米线。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、透射电子显微镜、选区电子衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱和光致发光谱等方法进行表征。所合成的三氧化二锑纳米线长约数百微米,宽约80至100纳米,厚约60至80纳米。所合成的三氧化二锑纳米线具有很好的室温紫外发光性质,在374 nm有一个强的光致发光发射峰,意味着所合成材料的光学带隙为3.3 eV,三氧化二锑的这一发光性质是首次报道。我们期望所合成的三氧化二锑纳米线能够作为一种新的功能材料应用于制备先进的纳米器件中。(四)提出了一条简易的非模板水溶液相“定向接触”自组装策略,将三氧化二锑纳米线和纳米棒自组装成形貌规则的复杂纳米结构。研究表明,在40摄氏度下,不同长度的(2至50微米)和直径(20至000纳米)的三氧化二锑纳米棒,通过“头碰头”的“定向接触”的自组装过程,沿轴向自组装成三氧化二锑多段同轴纳米线。而在80摄氏度下,直径为10至30纳米的三氧化二锑纳米线,通过“肩并肩”的“定向接触”自组装过程,沿径向自组装成长度为几百微米长,宽度为400至1000纳米,厚度为20至60纳米的三氧化二锑纳米带。所得到的自组装纳米结构采用一系列分析方法进行表征,如X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、透射电子显微镜、选区电子衍射、高分辨透射电子显微镜和光致发光谱。我门对复杂纳米结构的形成机理进行了讨论。本文提出的“定向接触”自组装策略可能为将纳米棒和纳米线可控自组装成独特的复杂纳米结构开辟了一条新途径。