宏观块材磷化铟是一种III-V族直接带隙半导体材料，是重要的光电和微波器件材料。

• 直接带隙半导体: 块材InP具有~1.34 eV的直接带隙，使其本身就具有一定的发光能力（发射近红外光）。

当InP的尺寸缩小到其激子波尔半径（~10 nm）以下时，其电子和光学性质会发生质的飞跃，成为一种重要的“无镉”量子点。

• 量子限域效应与尺寸可调谐的光致发光 (PL): 这是InP量子点最核心、最重要的特性。
  • 覆盖可见光谱: 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，可以实现从红光到绿光的颜色可调谐荧光发射。
  • 优异的光学性能: 经过核-壳钝化后，高质量的InP QDs具有高荧光量子产率（>80%）、较窄的发射峰（颜色纯度高）、宽的吸收光谱和优异的光稳定性。
• 优异的生物相容性: 铟和磷的毒性远低于镉。这使得InP量子点成为最有前途的“无镉”（Cadmium-Free）量子点，是CdSe等量子点在生物医学和消费电子产品（如显示器）中的安全替代品。

对于InP量子点，通过形成合金或引入掺杂离子，是进一步调控其光学和磁学性质的重要手段。

目标: 将其它III族（如Ga）或V族（如As）元素引入InP晶格中，形成三元或四元合金量子点。

• InPAs / GaInP: 通过引入砷（As）或镓（Ga），可以在保持尺寸不变的情况下，精确地调控其带隙和发光颜色。As的引入使发光红移，Ga的引入使发光蓝移。

目标: 将磁性离子（如锰Mn²⁺）掺入InP的晶格中，取代部分In³⁺的位置。

• 稀磁半导体: 这样得到的Mn:InP量子点是一种稀磁半导体，它既保留了半导体的光学特性，又引入了磁性。这使其在自旋电子学和多模态成像（荧光+磁共振）中具有独特的应用潜力。

磷化铟量子点（InP QDs）作为一种能够高效吸收可见光的经典半导体，在光催化领域是一种极具潜力的无镉光敏剂。

InP 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: InP QDs具有可调谐的带隙，可以高效地吸收太阳光并产生具有足够还原能力的电子-空穴对。通过与助催化剂（如铂、MoS₂）复合，其光生电子可以被用于还原水中的质子，产生氢气。
• 光催化CO₂还原: InP QDs产生的光生电子也可以被用于将二氧化碳（CO₂）还原为有价值的化学燃料。
• 挑战: InP QDs在光催化应用中的主要挑战是其光腐蚀问题。通过包覆稳定的核-壳结构是解决该问题的关键。

磷化铟量子点（InP QDs）凭借其优异的光学特性、高光稳定性、卓越的生物相容性和低毒性，已成为生物成像和传感领域最有前途的下一代荧光探针。

InP QDs是传统含镉半导体量子点（如CdSe）的一种完美的无毒、绿色替代品。

• 细胞与组织成像: 通过在其表面修饰靶向分子（如抗体、多肽），InP QDs可以用于对活细胞、组织甚至活体动物进行高对比度、长时程的荧光成像。
• 多色成像: 利用其尺寸可调谐的发光特性，可以用同一种材料、仅通过改变尺寸，制备出覆盖整个可见光光谱的不同颜色的探针，用于多色同步成像。

InP QDs是构建高灵敏度荧光传感器的理想平台。

• 荧光共振能量转移 (FRET) 传感: InP QDs具有较窄的发射峰和很宽的吸收谱，是完美的FRET能量供体。可以构建“开-关”式传感器，用于检测DNA杂交、蛋白质相互作用等生物事件。

磷化铟量子点（InP 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InP QDs在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: InP QDs可以作为一种高效的光敏剂。在光照下，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InP 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。

InP 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: InP 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: InP 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，是构建诊疗一体化（Theranostics）平台的理想选择。

磷化铟量子点（InP 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，是传统含镉半导体量子点最理想的“绿色”替代品。

• “无镉”的元素组成: InP QDs由毒性相对较低的铟（In）元素和生物必需的磷（P）元素组成，从根本上避免了剧毒重金属镉（Cd）泄漏带来的严重细胞毒性问题。

尽管InP 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InP QDs在酸性环境（如溶酶体）中仍可能缓慢溶解并释放出铟离子（In³⁺）。过高浓度的铟离子会破坏细胞的稳态，诱导氧化应激，从而产生细胞毒性。
• 前驱体毒性: InP QDs的合成通常需要使用剧毒、易自燃的磷源前驱体（如(TMS)₃P），在合成和纯化过程中需要极其严格的安全防护。最终产品中未反应完全的前驱体残留是其潜在毒性的一个来源。
• 减毒策略：核-壳结构: 通过表面工程，在InP量子点（核）表面包覆一层致密的、化学性质更稳定的宽带隙半导体（壳），是隔绝其与生物环境接触、阻止离子释放、从而降低其毒性的最核心、最有效的策略。

高质量、尺寸均一的磷化铟量子点的合成，由于其前驱体的高反应活性和In-P键更强的共价性，比CdSe量子点的合成更具挑战性。

这是制备高质量半导体量子点的金标准方法。

• 原理: 该方法的核心思想是通过瞬间成核和缓慢生长两个阶段的分离，来获得尺寸高度均一的纳米晶。
  1. 前驱体制备: 分别制备铟的前驱体（如InCl₃, In(Ac)₃）和磷的前驱体。磷源是合成的关键和难点，最常用的是剧毒、空气中易自燃的三(三甲基硅基)磷（(TMS)₃P）。
  2. 高温溶剂: 将一种高沸点的、具有配位能力的有机溶剂（如十八烯ODE）和稳定剂（如油酸、油胺）在惰性气氛保护下加热至高温（通常250-300 °C）。
  3. 热注射: 将较冷的磷前驱体溶液通过注射器快速地注入到含有铟前驱体的高温溶剂中。
  4. 成核与生长: 注射导致溶液瞬间达到极高的过饱和度，引发一次爆发式的成核。随后，反应进入缓慢的生长阶段。
• 挑战: (TMS)₃P等磷源的高反应活性使得InP的成核和生长过程极难控制，容易导致尺寸分布变宽和光学性能下降。开发更安全、反应活性更温和的磷源是该领域的研究热点。

对磷化铟量子点（InP 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InP QDs的核心技术。
  • 吸收光谱: 用于确定其第一激子吸收峰的位置，这个峰位直接反映了量子点的平均尺寸。
  • 发射光谱: 用于确定其发射波长（颜色）和发射峰的半峰宽（FWHM）。FWHM是评价样品尺寸均一性的关键指标，高质量的InP QDs其FWHM通常在40-60 nm，比CdSe QDs更宽。
  • 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。

• 形貌、尺寸与晶格: 高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 是直接观察InP 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InP 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。

磷化铟量子点的表面工程是其实现所有应用（特别是生物医学和光电器件）的决定性步骤。其核心任务是构建高质量的核-壳结构以钝化表面，以及进行配体交换以实现水溶性。

这是获得高荧光量子产率、高稳定性的InP QDs的“金标准”策略，其复杂性远高于CdSe QDs。

• 原理: 在InP量子点（核）的表面外延生长一层或多层化学性质更稳定、带隙更宽的半导体（壳）。
  • ZnS壳: 硫化锌（ZnS）是最常用的壳层材料。然而，InP和ZnS之间存在巨大的晶格失配（~7.7%），直接生长ZnS壳会在界面处引入大量缺陷，反而猝灭荧光。
  • 多层梯度壳: 为了解决晶格失配问题，通常需要采用多层梯度壳的策略。最经典的是InP@ZnSe@ZnS结构：首先在InP核表面生长一层晶格常数介于InP和ZnS之间的硒化锌（ZnSe）作为“中间缓冲层”，然后再在其上生长ZnS外壳。这种梯度壳结构可以有效地释放界面应力，获得高质量的核-壳量子点。

这是将油溶性的QDs转化为水溶性，并与生物系统连接的关键。

• 配体交换 (Ligand Exchange): 将热注射法合成的、表面包裹着疏水性长链有机分子的QDs，与过量的、末端带有硫醇基（-SH）的亲水性小分子或聚合物（如PEG-SH）混合，将原来的疏水配体替换掉。