微纳结构赋予了半导体材料极大的表面原子占比,使得人们能够通过表面工程改变表面原子结构,调控电子能态密度,从而实现对光电子学及自旋电子学特性的优化。表面工程主要包括晶面可控生长、表面缺陷调控和表面钝化及修饰等技术,它们都能成功地实现对半导体微纳晶体磁性及发光特性的调控。迄今为止,虽然未掺杂的氧化物半导体被认为在实现室温铁磁性及自旋电子学器件的应用上有极大的研究价值,但是其普遍较低的饱和磁化强度依然限制着它的实际应用。因此,实现氧化物半导体室温铁磁性的增强极具现实意义。另一方面,黑磷（Black Phosphorus,BP）作为有潜力应用于半导体量子点发光领域的无金属层状二维材料,也受制于低的荧光量子产率和易降解。因此,调控其光电子学特性,获得稳定的强荧光的黑磷量子点（BP Quantum Dots,BPQDs）同样具有重要意义。本论文以In2O3和BP为研究主体,通过表面工程技术分别实现了它们的磁性和发光特性的增强,并深入细致的探究了增强机理。论文获得的主要结果如下:1、基于极性面的可控生长调控磁性的设想,利用第一性原理计算研究了晶面与磁性的关系。揭示了 In2O3在暴露{001}极性面且表面附近存在一定空位缺陷的情况下,具有自旋极化的自旋分辨电子态密度,费米面附近能级的自旋劈裂起源于局域在{001}面附近的电子轨道。理论分析表明该自旋极化来源于表面巡游电子之间的库仑相互作用引起的表面Stoner磁化。而对有同等空位情况下的非极性{111}面,并不存在自旋劈裂及宏观磁有序。2、通过改进的化学气相沉积法诱导了In2O3颗粒的取向生长。调控{001}极性面的表面占比,制备出了完全由该极性面包裹的尺寸均匀的In2O3立方体微纳晶体,发现其饱和磁化强度在室温下可达到4.4×10-2 emu/g,比不规则形貌的纳米颗粒增强了近两个数量级。In2O3的室温铁磁性与极性面的表面占比呈正相关性。通过排除表面氧空位和磁性杂质引起磁性增强的可能性,以及对极性{001}面和非极性{111}面的微观磁畴的对比分析,进一步证明了极性面与其附近空位缺陷的相互作用诱导的表面态的自旋极化对In2O3的磁性增强起了决定性作用。3、基于表面钝化及修饰实现稳定、高效的BPQDs光致发光的设想,将BP在乙醇中进行液体剥离和溶剂热处理,制备出了在水溶液中荧光量子产率高达70%的P-BPQDs。该量子点具有150天以上的常规环境的稳定性和大大高于常用的荧光染色剂和重金属半导体量子点的光稳定性。通过对稳态、瞬态荧光和钝化前后表面结构的深入分析,揭示了稳定的强发光特性起源于溶剂热处理后引入的两个表面态和尺寸依赖的本征态的协同作用,而极性水分子进一步消除了表面非辐射中心,并同时增加了发光基团,从而实现了更高的荧光量子产率。4、利用密度泛函理论计算,揭示了钝化及修饰后的P-BPQDs稳定的强发光源于表面亚稳态的缺陷变为稳定的表面结构后,光生电子的吸收及发射跃迁通道的改变。理论和实验研究表明,量子限制效应和表面钝化后形成的P-OH及P-O-CH2CH3表面基团共同决定了 BPQDs的能带结构及光生电子的跃迁过程,最终引起了表面态上高效率的辐射复合。这一结果为实现BPQDs高效、稳定的发光特性提供了新的思路,也为该量子点寻求在生物医药和荧光传感领域的应用提供了可能。