半导体纳米晶具有荧光发射随尺寸可调、荧光量子效率高等优点,在光电子器件和生物成像等领域有着巨大的研究和应用价值。但是,由于半导体纳米晶具有较大的表面-体积比,表面原子通常缺乏足够的配位而形成一定的表面态分布,这些表面态对纳米晶的光学性质和稳定性具有显著影响。通常采用的解决办法是在纳米晶表面包覆第二种半导体材料形成核壳结构,一方面壳层的存在能够较完全的钝化纳米晶表面缺陷、提高纳米晶的稳定性;另一方面,核与壳层材料间的能级相对位置决定了核壳结构纳米晶的激子类型并产生相应的功能性。此外,核壳材料间的晶格失配、合成条件等也是影响核壳纳米晶表界面性质和相应捕获能级分布的重要因素,并对纳米晶的载流子动力学过程和量子效率产生显著影响。核壳结构半导体纳米晶的性能强烈依赖于其结构和表面性质,充分理解半导体纳米晶与电子/空穴受体分子间的相互作用和载流子动力学过程对于优化材料结构性质、提高基于半导体纳米晶的器件性能具有重要意义。本论文旨在通过稳态及瞬态光谱等表征手段研究基于CdSe的核壳结构半导体纳米晶的光学性质及其与载流子受体分子间的相互作用,分析和理解半导体纳米晶材料的结构、壳层性质等因素对激子复合和载流子转移动力学性质的影响,以期推动半导体纳米晶材料设计的优化及其器件性能提高。本论文的主要研究工作如下:(1)在CdSe纳米晶表面包覆CdS壳层形成CdSe/CdS核壳结构纳米晶,研究壳层厚度对CdSe/CdS纳米晶的光谱和动力学性质的影响。实验结果表明包覆CdS壳层后由于电子向壳层离域而产生明显的光谱红移,CdS壳层较好的钝化了核纳米晶表面缺陷,提高了纳米晶的荧光发射能力。对不同壳层厚度的CdSe/CdS纳米晶的荧光猝灭实验表明,增加壳层厚度能够抑制空穴猝灭剂引起的荧光猝灭作用。(2)在CdSe纳米晶表面包覆ZnS壳层形成Ⅰ型核壳结构CdSe/ZnS纳米晶,研究不同合成温度和壳层厚度对CdSe/ZnS纳米晶光学性质的影响。实验结果表明相对较低的合成温度有利于获得较高荧光量子产率和较好荧光单分散性的纳米颗粒。我们对200~oC合成的CdSe/4ML ZnS在270 ~o C条件下进行了热处理实验,结果表明热处理导致CdSe/ZnS纳米晶光谱的持续蓝移和核壳界面组成的改变。荧光猝灭实验表明,热处理作用改变了CdSe/ZnS纳米粒子荧光猝灭行为,这与热处理作用导致的CdSe/ZnS纳米晶的相互扩散和壳层性质的改变有关。(3)在ZnTe纳米晶表面包覆不同厚度的CdSe壳层形成Ⅱ型ZnTe/CdSe纳米晶,表征了不同壳层厚度条件下的ZnTe/CdSe纳米晶的光谱和动力学性质,实验结果表明CdSe壳层能够显著影响纳米晶的激子复合动力学过程和提高其荧光量子效率。计算结果表明该结构中电子和空穴分别定域于壳层和核中,电子和空穴猝灭实验验证了计算结果的准确性。电子和空穴可以转移到相应的受体而产生荧光猝灭,荧光猝灭程度与电子/空穴的能量水平和定域情况以及受体分子的还原势/氧化势有关。在Ⅱ型核壳结构的ZnTe/CdSe中,通过改变核的大小和壳层厚度,可以有效调控载流子的能量水平,从而控制载流子转移动力学过程。