能源与信息技术的高速发展对功能无机半导体材料提出了新的要求和挑战,例如研发高效、廉价、性能稳定、环境友好的光伏器件材料,能够与硅基半导体工艺兼容的新型有机-无机杂化光电材料等。硅纳米材料是有望在上述两个领域取得突破的重要材料之一,化学合成技术与近年来纳米技术的发展为硅基纳米功能材料的合成与器件制备提供了有力的支持。本文针对我国在能源和信息领域的发展计划和方向,拟通过分子设计与合成技术与纳米制备技术相结合,以有机-无机杂化、性能互补与耦合为指导思想,调控硅基纳米杂化材料的光电性能为直接目标,研究开发尺寸、结构、掺杂及表面功能分子修饰可控的硅纳米晶的制备方法和工艺,研究硅纳米晶材料结构与物理特性之间的关系,为实现硅基杂化材料应用于光电器件提供材料基础和新的可能性。本文在相关理论的指导下,以功能为导向、合成为手段、研究为目的,开发了一系列具有较好光电性质的硅纳米材料。具体工作介绍如下：第一章：以介绍纳米材料作为出发点,从阐述半导体量子点以及硅纳米材料入手,引入硅量子点的概念并对其分类、合成方法和特性做了简要说明；第二章：量子约束效应中,报道得最多的是量子尺寸效应,即随着量子点尺寸的减小,带隙增加。这意味着对于具有固定化学组成和晶体结构的某种材料,仅仅凭借其物理尺寸的变化就可以调节其光学性质。所以,Si纳米晶以及量子点的可控合成,对于其本身的性质和应用具有至关重要的作用。在本章中,我们通过高温煅烧并还原一氧化硅,金属镁还原二氧化硅和氢气还原二氧化硅凝胶的方法,成功合成出硅量子点,并研究了不同反应条件对于Si纳米晶和量子点尺寸、形貌以及性质的影响。使用高温气相还原法,我们可以依据不同的条件将Si量子点的尺寸控制在2-10nm之间,为以后的工作打下了坚实的基础。此外我们还尝试使用金属钠和LiAlH4等物质,还原正硅酸乙酯和多种硅烷,以期获得硅量子点；第三章：有机光电功能分子已经在许多领域被广泛的应用,但其作为修饰基团与硅量子点相结合却几乎没有被报道。出于这个原因,蒽及其衍生物首先引起了我们的关注。19世纪60年代,Pope和Kallmann发现了晶体葸的电致发光现象,这项成就大大促进了有机发光二极管(OLED)设备的发展。此后,大量基于葸衍生物的电致发光材料和器件被陆续报道和应用。因此在本章中,我们使用9-乙烯基葸作为有机功能分子,成功对硅表面进行了修饰。有趣的是,该化合物不仅在431nm处具有较强的9-乙烯基葸的发光,而且还保留了硅本身在824nm处的发光。这种具有双发射的硅量子点还鲜有报道。同时,咔唑及其衍生物是典型的富电子基团,因此它们具有良好的空穴传输能力和高发光能力。N-乙烯基咔唑是合成聚乙烯基咔唑(PVK)的单体原料,PVK是一种经典且重要的以空穴导电为主的聚合物,可作为感光材料,耐高温电绝缘材料或者高频绝缘器材,而N-乙烯基咔唑本身则具有较强的荧光,我们成功的将其修饰到硅量子点表面,并对其荧光光谱进行了研究,结果表明N-乙烯基咔唑本身的发光在366nm,修饰在Si量子点的表面后,其发光波长位置发生了8nm的蓝移,表明了配体和Si量子点之间具有较强的相互作用；第四章：由于制备出的硅量子点表面化学活性很高,暴露在空气中十分容易氧化,因此人们通常使用有机分子来钝化保护硅量子点的表面,经常用到的是含有-CH3,-COOH或-NH2等基团的烷基分子,一方面防止了氧化现象的发生,另一方面还可以提高Si量子点在有机或者水溶液中的分散性。另外一种保护和功能化量子点表面的手段是在其表面包覆无机壳层,从而形成核壳结构的量子点,例如ZnS或CdS可以包覆量子点形成CdSe/CdS,CdSe/ZnS, CdTe/CdS, PbS/CdS和InP/CdS等核壳结构量子点。这种结构的量子点还可以在接下来的合成中对其表面进行修饰,或是再次生长一次壳层。与修饰有机分子来保护量子点的方法相比,无机壳层可以提供更加紧密的保护来隔绝外部环境的影响。基于这些优点,我们试图通过在硅量子点表面包覆无机壳层来对其进行功能化的修饰和保护。在本章中,我们首次报道了Si/CdS核壳结构量子点的合成及其光电性质的表征。研究发现,Si/CdS核壳结构量子点同时具有CdS的本征发光(约400nm附近)和表面态的发光(约600nm附近)。当CdS壳层的厚度不断增加时,其两条发射峰的位置分别在430-560nm和474-683nm的范围内发生了红移。对其导电性质研究也表明,随着CdS壳层厚度的增加,其导电性不断增强。因此,我们可以通过控制CdS壳层的厚度来调控该类量子点的光学和电学性质。