近年来,全无机卤化铅铯钙钛矿(CsPbX3,X为卤素)纳米晶作为一种新型的半导体材料,在太阳能电池、探测器等领域展现出潜在的应用价值。目前,尽管CsPbX3块体单晶的相变已较明确,但是对于纳米晶的结构及相变研究仍不够深入。虽然以往研究表明缺陷会影响杂化钙钛矿的相变,但缺陷是否会影响CsPbX3纳米晶相变及相变是否影响纳米晶发光性质仍是尚未明确的科学问题。此外,离子掺杂作为一种有效调控半导体性质的方法,近年来被广泛应用到CsPbX3纳米晶性能调控上。但是,迄今为止,掺杂离子的局域结构以及结构缺陷对离子掺杂的影响尚缺乏深入的认识。综上,本论文旨在研究如下科学问题:1)研究CsPbX3纳米晶相变过程,明确缺陷、结构相变、光学性能三者之间的关系;2)研究CsPbX3纳米晶中掺杂离子的局域结构以及缺陷对离子掺杂的影响,在此基础上研究其光学性质。首先,通过变温同步辐射X射线衍射分析发现了 CsPbCl3纳米晶存在可逆相变。通过对比高缺陷浓度和低缺陷浓度的CsPbCl3纳米晶的相变过程并结合Car-Parrinello分子动力学模拟结果,明确了缺陷对CsPbCl3纳米晶相变的重要影响。在此基础上,进一步发现了 CsPbCl3纳米晶光致发光展现出与缺陷浓度相关的不可逆性。结合同步辐射X射线吸收光谱,提出相变引起的纳米晶内部局域结构重组是导致不可逆的原因。更进一步,我们发现CsPbBr3纳米晶也存在可逆相变及缺陷相关的光致发光不可逆性。该研究结果揭示了全无机钙钛矿纳米晶的结构相变过程,阐明了缺陷对其结构和发光性质的重要影响。其次,通过X射线吸收精细结构测试对镱离子(Yb3+)掺杂CsPbCl3纳米晶中Yb3+的局域结构进行研究,明确了 Yb3+占据纳米晶中Pb2+的格位。提出一锅合成结合多步离心的策略制备尺寸及缺陷浓度不同的纳米晶用以研究纳米晶掺杂效率的影响因素。这一创新促使我们发现大尺寸的纳米晶Yb3+离子的掺杂浓度明显高于小尺寸纳米晶。利用X射线吸收精细结构和正电子湮没光谱等表征技术,阐明了结构缺陷与掺杂效率之间的关系,提出了缺陷辅助离子掺杂的机理。同时,实验发现镧离子掺杂CsPbCl3纳米晶也遵循缺陷辅助掺杂的机理。结合光谱性质的系统表征,进一步阐释了该类材料中与掺杂相关的异常可见荧光寿命变化及反热猝灭现象。该研究结果不仅阐明了镧系离子掺杂CsPbX3纳米晶掺杂离子的局域结构,更丰富了人们对纳米晶掺杂效率的认知。