宏观块材硫化锌是一种II-VI族宽带隙半导体材料，是重要的光电材料。

• 宽直接带隙半导体: 块材ZnS具有~3.7 eV的直接带隙，使其本身对可见光透明，对紫外光有强烈的吸收。

当ZnS的尺寸缩小到其激子波尔半径（~2.5 nm）以下时，其光学性质会发生质的飞跃。

• 量子限域效应与紫外/蓝光发射: 这是ZnS量子点最核心的特性。
  • 带隙可调: 强烈的量子限域效应使其有效带隙显著增大。其发光颜色与量子点的尺寸严格相关，尺寸越小，带隙越大，发射光的能量越高（波长越短）。通过精确控制尺寸，可以实现从蓝光到紫外的颜色可调谐荧光发射。
  • 缺陷态发光: 纯的ZnS量子点的带边发光（excitonic emission）通常较弱且在紫外区。其在可见光区（通常是蓝色或绿色）的发光主要来自于表面缺陷态（如硫空位），这种发光通常谱带较宽。
• 优异的生物相容性: 锌和硫都是生命必需或相对无毒的元素。这使得ZnS量子点成为一种理想的“无重金属”、低毒性的量子点，是CdSe等量子点的安全替代品。

硫化锌（ZnS）由于其极宽的带隙，是一种极其优异的发光掺杂主体材料。通过引入过渡金属或稀土离子，可以获得颜色可调、性能优异的发光材料。

核心应用: 这是ZnS量子点最重要的应用之一。

• 锰（Mn²⁺）掺杂: 这是最经典、最成功的掺杂体系。
  • 发光机理: 当Mn:ZnS量子点吸收一个高能量光子后，能量首先被ZnS主体吸收，然后通过非辐射能量转移的方式，将能量传递给晶格中的Mn²⁺离子。Mn²⁺离子从激发态回到基态时，会发出其特征性的、与尺寸无关的橙黄色光（~585 nm）。
  • 优势: 这种掺杂发光具有高量子产率、高光稳定性、巨大的斯托克斯位移（有效避免自吸收）和极长的荧光寿命（毫秒级）等一系列优点。
• 铜（Cu²⁺）掺杂: 掺杂铜离子通常可以获得高效的绿色发光。

目标: 将稀土离子（如Eu³⁺, Tb³⁺）掺入ZnS的晶格中。

• 优势: 稀土离子具有极其尖锐的、特征性的发射峰（如Eu³⁺的红光，Tb³⁺的绿光），可用于需要极高颜色纯度的应用。

硫化锌量子点（ZnS QDs）作为一种宽带隙半导体，在紫外光催化领域是一种极具潜力的光敏剂。

ZnS QDs可以作为高效的光吸收和能量/电子转移中心。

• 光催化产氢: ZnS的导带位置比水的还原电位更负，因此其光生电子在热力学上足以将质子还原为氢气。通过与助催化剂（如铂、MoS₂）复合，可以构建出在紫外光照射下高效分解水产氢的体系。
• 光催化降解污染物: 在紫外光照下，ZnS QDs可以产生活性氧（ROS），用于高效地降解水体和空气中的有机污染物。
• 挑战: ZnS QDs在光催化应用中的主要挑战是：1) 其宽带隙使其只能利用太阳光谱中的紫外光部分（，能量利用效率低；2) 存在一定的光腐蚀问题。

硫化锌量子点（ZnS QDs），特别是掺杂型ZnS量子点，凭借其独特的长寿命发光和优异的生物相容性，在生物成像领域具有不可替代的优势。

这是锰掺杂ZnS量子点（Mn:ZnS QDs）在生物成像中最核心、最强大的应用。

• 原理: 生物组织和细胞自身在光激发下会产生强烈的、但寿命极短（通常自发荧光，这是传统荧光成像中最主要的背景噪音来源。而Mn:ZnS QDs的荧光寿命长达毫秒（ms）级别，比自发荧光长数百万倍。
• 时间门控技术: 利用这一巨大的寿命差异，可以使用脉冲激光激发样品，然后在激光脉冲结束后、在自发荧光完全衰减掉之后，再打开检测器来收集Mn:ZnS QDs发出的长寿命荧光。
• 优势: 这种时间分辨（或称时间门控）成像技术可以完美地消除自发荧光的干扰，从而获得信噪比极高、背景极其干净的荧光图像。

硫化锌量子点（ZnS QDs）在治疗领域的应用主要利用其作为光敏剂，或作为可追踪的药物载体。

这是ZnS QDs在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: ZnS QDs可以作为一种高效的光敏剂。在紫外光照下，它可以从激发态将能量传递给周围的氧分子，产生大量具有强细胞毒性的单线态氧（¹O₂）。通过将ZnS QDs靶向递送到肿瘤部位，再用光照射，即可选择性地杀死癌细胞。
• 挑战: 其应用的主要限制在于需要使用对生物组织穿透深度很浅的紫外光作为激发源。

ZnS QDs的表面化学和光学特性使其成为一种智能的药物递送载体。

• 药物负载: ZnS QDs表面丰富的官能团可以通过共价键或非共价作用负载化疗药物。
• 成像指导的递送: ZnS QDs本身优异的荧光特性，使其可以在递送药物的同时，实时地追踪药物在体内的运输、分布和富集过程，实现“可视化”的药物递送。

硫化锌量子点（ZnS QDs）最突出的优势之一就是其普遍被认为具有优异的生物相容性和低细胞毒性，是传统含重金属半导体量子点最理想的“绿色”替代品。

• “绿色”的元素组成: ZnS QDs由生物必需的锌（Zn）元素和相对无毒的硫（S）元素组成，从根本上避免了重金属离子（如Cd²⁺, Pb²⁺）泄漏带来的严重细胞毒性问题。

尽管ZnS QDs总体上是安全的，但其生物安全性仍需根据具体情况进行评估。

• 离子释放: 尽管远低于镉的毒性，但ZnS QDs在酸性环境（如溶酶体）中仍可能缓慢溶解并释放出锌离子（Zn²⁺）。过高浓度的锌离子会破坏细胞的稳态，诱导氧化应激，从而产生细胞毒性。
• 表面化学: 未经钝化的ZnS QDs表面反应活性高，可能诱导氧化应激。表面带有大量正电荷的ZnS QDs可能会破坏细胞膜，表现出较高的细胞毒性。因此，通过PEG化等手段进行表面修饰是保证其生物安全性的关键。

高质量、尺寸均一的硫化锌量子点的合成，可以通过水相法或油相法实现。

这是制备水溶性ZnS QDs最常用、最简便的方法。

• 原理:
  1. 反应体系: 在水溶液中，将锌的前驱体（如ZnSO₄, Zn(Ac)₂）与一种含硫醇的稳定剂（最常用的是巯基乙酸TGA或巯基丙酸MPA）混合，形成稳定的锌-硫醇络合物。
  2. 前驱体注入: 将硫源（通常是硫化钠Na₂S）溶液缓慢地滴加到上述溶液中。
  3. 加热熟化 (Refluxing): 将混合溶液在惰性气氛保护下，在一定温度下（通常是~100 °C）加热回流。在加热过程中，ZnS晶核会缓慢地生长和熟化（奥斯特瓦尔德熟化）。
• 优势: 这种方法简单、绿色、成本低，并且直接得到水溶性的、表面带有羧基官能团的ZnS QDs，非常便于后续的生物偶联。

在高温有机溶剂中，通过热注射法也可以制备出结晶质量更高、尺寸更均一的油溶性ZnS量子点。

对硫化锌量子点（ZnS QDs）的精确表征是评估其光学性能和质量的关键。对其光学性质和结构的表征尤为重要。

• 吸收与荧光光谱: 紫外-可见吸收光谱和荧光分光光度计是表征ZnS QDs的核心技术。
  • 吸收光谱: 用于确定其吸收边的位置，这个位置直接反映了量子点的平均尺寸和带隙。
  • 发射光谱: 用于确定其发射波长（颜色）和发射峰的半峰宽（FWHM）。对于掺杂型ZnS QDs，需要确认其发射峰是否位于掺杂离子的特征波长处。
  • 荧光量子产率 (PLQY): 使用积分球测量其绝对量子产率，是评价其发光效率的最核心参数。
  • 荧光寿命: 使用时间相关单光子计数（TCSPC）技术测量其荧光寿命，是区分带边发光（纳秒级）和掺杂发光（微秒至毫秒级）的关键。

• 形貌、尺寸与晶格: 高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 是直接观察ZnS QDs尺寸、形貌和晶格结构的金标准。可以清晰地看到其晶格条纹，并确认其晶相（通常为闪锌矿）。
• 晶体结构: X射线衍射 (XRD)。用于确认ZnS QDs的晶体结构。由于纳米尺寸的量子限域效应，其衍射峰会比块材明显宽化。

硫化锌量子点的表面工程是其实现所有应用（特别是作为钝化壳层）的决定性步骤。

这是ZnS在量子点领域最重要、最广泛的应用。

• 原理: 在其它半导体量子点（核，如CdSe, CdTe, InP）的表面，通过化学方法外延生长一层ZnS（壳），形成核@壳（Core@Shell）结构。
• 优势:
  • 提高量子产率: ZnS具有比大多数核材料更宽的带隙，可以有效地将电子和空穴限域在核内部。同时，ZnS壳可以完美地钝化核表面的缺陷（悬挂键），这些缺陷是主要的非辐射复合中心。钝化后，电子-空穴对的辐射复合效率被极大地提高，荧光量子产率可接近100%。
  • 提高稳定性: ZnS壳可以物理性地保护内部的核，防止其在光照或氧化性环境中被腐蚀。
  • 降低毒性: 对于含重金属的核（如CdSe），ZnS壳可以作为一道物理屏障，有效地阻止有毒的Cd²⁺离子的泄漏。

这是将ZnS QDs与生物系统连接，实现靶向递送和传感的关键。

• 原理: 水相合成的ZnS QDs表面天然包裹着一层带有羧基（-COOH）的硫醇配体（如TGA, MPA）。这些羧基是理想的“化学手柄”。