和频光谱（sum frequency generation,SFG）是二阶非线性光谱,具有表界面选择性和较好的时间分辨能力,被广泛用于研究表界面物种吸附、取向、排列方式及振动弛豫等结构和动力学信息,也可以研究界面电子结构、界面电荷转移等界面电子信息。硫化镉（CdS）是宽带隙直接半导体材料,可被用作降解木质素等生物大分子光催化剂。以2-苯氧基-1-苯乙醇（2-phenoxy-1-phenylethanol,PP-ol）分子为含有β-O-4连接键的木质素催化降解的模型分子,由于制备方法不同,获得的CdS纳米粒子的晶型不同,在光催化降解PP-ol时催化活性有较大差异。一方面,在光催化反应过程中,PP-ol分子、中间产物及终产物等在CdS纳米粒子表面的吸脱附,特别是吸附方式和吸附构型会影响反应路径。红外光谱和拉曼光谱是检测分子振动的有效技术,然而对于分子的吸附构型不够敏感。另一方面,CdS纳米粒子表面的位错、空位、晶界等表面态,被认为是催化反应的活性中心、复合中心和捕获中心。通常用瞬态荧光光谱及瞬态吸收光谱来研究其能级位置及在载流子弛豫过程中的影响,然而测试结果包含了体相信息。因此,常规光谱方法在不同晶型的纳米粒子在催化活性和催化机理的研究方面有一定的局限性。选用两种纳米粒子CdS@Na2S和CdS@SN做光催化剂,在光催化降解PP-ol分子时均发生β-O-4连接键中的C-O醚键断裂而分解,但CdS@Na2S远大于CdS@SN的光催化活性。经常规技术如XRD、紫外可见漫反射谱、稳态荧光光谱等对两种纳米粒子进行表征,结果表明两者晶型不同但带隙相近。本文使用宽带和频光谱（BB-SFG）研究CdS纳米材料表界面PP-ol分子的吸附构型、CdS纳米粒子表面态的性质和能级位置,以期解释不同晶型CdS纳米粒子催化降解PP-ol分子时光催化活性较大差异的原因。另外,将时间分辨和频光谱（time resolved sum frequency generation,TR-SFG）)用于研究表界面电子弛豫机制,并讨论偏振各向异性对电子弛豫的机制的影响。主要工作内容如下:（1）通过常规技术和BB-SFG,表征了纳米粒子CdS@Na2S和CdS@SN的晶型、带隙和表面态能级,以及PP-ol模型分子在两种纳米粒子表面可能的吸附构型,由此深入探讨不同晶型纳米粒子光催化活性差异的原因。主要结果如下:一)、光激发后CdS@Na2S的光生电子主要经表面态发射弛豫,可能是内转换等非辐射弛豫促进了光生电子和空穴的有效分离,而CdS@SN的光生电子主要与空穴复合,不利于光催化反应。从光生电子和空穴的分离角度考虑,CdS@Na2S具有更高的光催化活性。二)、经BB-SFG研究,PP-ol分子主要经O原子而不是苯环吸附在CdS纳米粒子表面。吸附在CdS@SN上时,亚甲基和次甲基指向纳米粒子的表面,吸附在CdS@Na2S时,亚甲基和次甲基远离纳米粒子的表面。从吸附构型和空间位阻角度考虑,吸附在CdS@Na2S上的构型易于脱除次甲基上的氢原子,发生β-O-4连接键中的C-O醚键断裂而分解。三)、从去相位动力学方面考虑,吸附在CdS@Na2S纳米粒子上PP-ol分子的次甲基最活泼,吸附在CdS@SN纳米粒子上PP-ol分子的亚甲基最活泼。次甲基越活泼越易发生β-O-4连接键中的C-O醚键断裂而分解。（2）纳米粒子的带隙大小、表面态的性质和能级位置也是影响光催化机理的重要因素。由于偶极禁阻,单光子不能引起价带到表面态的跃迁,紫外可见吸收光谱对于表面态的信息不是特别敏感。表面态会引起荧光发射波长随激发波长而移动的现象,给带隙和表面态能级的确定带来很大的干扰。调谐IR和VIS,使SFG或VIS与价带到表面态跃迁共振时,SFG信号明显增强,因此SFG可以看到常规吸收光谱不能看到的“暗”态,能更好的研究纳米材料的电子结构。考察了纳米粒子的晶型对SFG、双光子荧光（TPL）和SFG激发荧光（SFG-PL）信号的影响,结果表明SFG、TPL和SFG-PL信号对晶型敏感,只有各向异性的六方晶型CdS纳米粒子有SFG、TPL和SFG-PL信号。这部分工作主要讨论了 SFG、TPL和SFG-PL结合紫外可见漫反射谱和三维荧光光谱对于六方CdS的带隙和表面态能级的确定,并将六方CdS纳米粒子的表面态归属为S空位。（3）制备温度影响纳米粒子的粒径,对于带隙和表面态有直接的影响。考察了不同制备温度下纳米粒子的晶型和带隙,粒径与带隙的关系为:当前实验条件下,粒径越大,带隙越小。SFG、TPL和SFG-PL对粒径敏感,不同粒径下,通过SFG、TPL和SFG-PL得到的带隙与紫外可见漫反射谱得到的结果相近。其中CdS-180的粒径最大,带隙最小。（4）首次将时间分辨和频光谱（TR-SFG）用于探究纳米粒子的电子弛豫机制,经 TR-SFG 和时间分辨三阶和频光谱（time resolved third-order sum frequency generation,TR-TSFG）动力学数据对比发现表面态对电子的捕获影响电子弛豫。激光光子能量实验表明,激发光子能量与表面态跃迁匹配时,激发态电子主要经激子-激子湮灭作用和俄歇复合过程弛豫;当激发光子能量与导带跃迁匹配时,激发态电子主要经SFG-PL弛豫,未经SFG-PL弛豫的电子主要经激子-激子相互作用或者电子-电子相互作用弛豫。激光强度试验表明,激光强度越强,表面态被饱和填充,生成的激子越多,激子-激子湮灭作用越强,发生激子-激子湮灭作用的时间越快。（5）与CdS纳米粒子相比,CdS纳米线的各向异性使其在光生电荷传输方面更有优势,特别是纳米线阵列可以增加电荷在纳米线轴向上的扩散长度。讨论纳米线的SFG信号强度与激发光偏振方向的依赖性,并探究激发光偏振方向对纳米线的电子弛豫机制的影响。结果表明,当激发光偏振垂直于纳米线的轴向时,由于纳米线内电场的衰减,SFG信号强度小于偏振平行时的强度,导致激子-激子湮灭作用变弱,弛豫时间相对延长。