由于其小尺寸效应、表面效应、量子限域效应、量子隧道效应、介电限域效应等特性，纳米材料的光学性质、光电性质、化学活性、熔点、导电及塑性形变等许多物理和化学特性与体材料相比发生显著变化，使其在光电、微电、催化、传感、仿生、化学等诸多领域获得重要应用。对于简单的光电系统来说，主要包含发光、吸收、互连传输和信号探测等功能，光电系统由功能器件组成，其性质的调控目前多通过物理手段如带隙工程、掺杂、光子带隙等来实现。但是对于间接带隙发光、宽谱光吸收、纳米光电互连、高效光谱探测等问题，单纯依靠物理调控有时很难奏效。针对以上问题，本论文从化学调控的角度出发，对纳米光电材料的性质进行调控，取得的具体成果如下：1.在发光方面，选择了间接带隙半导体硅的高亮度发光调控问题加以研究。晶体硅是间接带隙半导体，发光量子效率低限制了其在光电领域的应用。本研究采用含氮有机链对硅量子点进行表面钝化修饰，得到了超亮荧光发射。这一现象不是我们首次发现的，但超亮发射的物理机制尚不清晰。本研究利用超快光谱技术研究了表面改性硅量子点的飞秒瞬态吸收和飞秒时间分辨荧光光谱，提出了硅量子点荧光发射的两种模型：弱作用模式和强作用模式。弱作用模式，在瞬态吸收光谱中表现为快速的波谱演变，而稳态吸收光谱中没有特征吸收峰；强作用模式，在瞬态吸收光谱中表现为非常强的受激发射而没有波谱演变过程，可在稳态光谱中形成特定的吸收带隙。强作用模式最终被归结为含氮有机链与硅原子的共有化实现了某种直接带隙结构。基于以上机理，通过表面化学修饰，将硅量子点由蓝光发射调制为橙光发射。2.与发光相对应，吸收作为光电系统的一种重要功能，决定了光能利用效率，本研究选择了TiO2纳米粒子（P25）光催化有限吸收谱宽问题加以研究。作为紫外光催化材料，TiO2只能吸收占太阳光谱总能量的7%的紫外光（波长小于400nm），光吸收局限导致其可见光催化活性偏低。本研究采用石墨烯量子点与纳米二氧化钛复合（GQDs/P25），通过GQDs的荧光上转换实现复合系统的吸收展宽，从而提高其可见光催化活性。具体以Hummers法为原型，对多壁碳纳米管进行化学剥离，制备了石墨烯量子点（GQDs），并将其负载于P25，得到的GQDs/P25复合系统在可见（400~800nm）波段的吸收显著增强。此外，具有导电性的石墨烯量子点可以有效抑制光生载流子的复合，进而提高光催化活性，淬火敏化后的GQDs的缺陷态减少，载流子传输能力增强，可进一步提高其催化效率。本研究以甲基橙和罗丹明B的光降解为例，证实了GQDs/P25-R在可见光波段的催化效率的显著提升，实现了有限吸收带宽的TiO2的宽谱光催化。3.对于光电集成器件来说，仅包含发光和吸收功能是不够的，光电信号的互连传输问题也非常重要。通常光互连通过光纤、波导等实现；电互连则通过金属布线实现。对于纳光子和纳光子器件来讲，以上互连在加工制备方面都很有难度，特别是无法实现对任意纳米器件的互连。本论文对激光诱导实现纳米互连问题展开了系统的研究，具体以金属、半导体等纳米粒子为前驱体，在聚焦飞秒激光焦点光子的动量（光镊力）和能量（微融合）同时作用下，针对任意位置放置的微纳器件结构，实现了电互连。4.光信号探测是光电系统中的重要功能。为了实现弱光信号的高效探测，本论文提出了在纸的自然表面蒸镀银膜制备SERS试纸的方案。表面增强拉曼散射（SERS）作为一种超敏感的分子振动光谱技术得到了广泛的研究。但是因SERS基底的制备工艺复杂，目前多停留在实验室研究水平。本研究以纸的天然纤维结构为模板，通过物理气相沉积制备一定厚度的纳米银膜，纸纤维表面的固有褶皱和纳纤维结构产生的等离子体增强使其具有很好的SERS增强效果，由此制备了灵敏度高、均一性好、使用范围广的SERS试纸。该方法成本低、制备简单，制备的试纸易于保存、方便携带，可以大批量制备，具有广泛的应用前景。