硫化铜铟（CuInS₂）是一种I-III-VI₂族三元半导体材料，是重要的光伏和光电材料。

• 直接带隙半导体: 块材CuInS₂具有~1.5 eV的直接带隙，使其本身就具有高效的光吸收和发光能力，其带隙值与太阳光谱的最佳匹配使其成为薄膜太阳能电池的理想吸收层材料。

当CuInS₂的尺寸缩小到纳米尺度时，其光学性质会发生显著变化，成为一种重要的“无镉”量子点。

• 缺陷态主导的光致发光 (PL): 这是CIS量子点与CdSe等经典量子点最核心的区别。
  • 发光机理: CIS量子点的发光并非主要来自于带边的激子复合，而是来自于一种被称为“施主-受主对复合”（Donor-Acceptor Pair, DAP）的发光机制。其晶格中固有的、大量的本征缺陷（如铜空位、硫空位、间隙铟等）会在带隙中引入施主能级和受主能级。光激发产生的电子和空穴会被这些缺陷能级捕获，然后通过辐射复合的方式发光。
  • 巨大的斯托克斯位移 (Stokes Shift): 由于DAP发光机制，其发射光子的能量远低于其吸收光子的能量（带隙）。这导致CIS量子点具有极其巨大的斯托克斯位移（可达300-500 nm）。例如，一个吸收蓝光的CIS量子点，可以发射红光。这一特性可以完美地避免自吸收效应，在照明和显示应用中具有巨大优势。
  • 宽发射峰: 缺陷态发光的另一个特点是其发射光谱非常宽（半峰宽>100 nm），这有利于实现高显色指数的白光照明，但在要求高色纯度的显示应用中则是一个挑战。
• 优异的生物相容性: 铜、铟、硫的毒性远低于镉和铅。这使得CIS量子点成为最有前途的“无镉、无铅”量子点，是CdSe/PbS等量子点在生物医学和消费电子产品中的安全替代品。

对于CIS量子点，通过形成四元合金或引入掺杂离子，是进一步调控其光学性质的核心手段。

目标: 将其它II族（如Zn）或III族（如Ga）元素引入CIS晶格中，形成四元合金量子点。

• 硫化铜铟锌 (Cu-In-Zn-S, CIZS): 这是最常用、最有效的改性方式。通过引入锌（Zn），可以：
  • 调控发光颜色: ZnS的带隙比CuInS₂更宽。通过调控Zn的含量，可以方便地将其发光颜色从红光向绿光、蓝光方向移动，从而覆盖整个可见光光谱。
  • 提高量子产率: Zn的引入可以有效地钝化表面缺陷，并优化缺陷能级，从而显著提高其荧光量子产率。
• 硫化铜镓铟 (Cu(In,Ga)S₂): 通过引入镓（Ga）替代部分铟，同样可以实现对带隙和发光颜色的调控。

硫化铜铟量子点（CIS 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。

CIS 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: CIS 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: CIS 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: CIS 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。

硫化铜铟量子点（CIS 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。

CIS 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），CIS 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。
• 巨大的斯托克斯位移优势: 其巨大的斯托克斯位移可以完美地避免激发光对发射荧光信号的干扰，并有效抑制生物组织的自发荧光，从而获得信噪比极高的图像。

硫化铜铟量子点（CIS 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。

• 光动力学治疗 (PDT): CIS 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）。
• 光热治疗 (PTT): CIS QDs在近红外区有强吸收，也可以作为一种高效的光热治疗剂，在近红-外光照射下产热烧蚀肿瘤。

CIS 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: CIS 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: CIS 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。

硫化铜铟量子点（CIS 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、含铅半导体量子点最理想的“绿色”替代品。

• “无镉、无铅”的元素组成: CIS QDs由毒性相对较低的铜（Cu）、铟（In）和生物必需的硫（S）元素组成，从根本上避免了剧毒重金属离子（如Cd²⁺, Pb²⁺）泄漏带来的严重细胞毒性问题。

尽管CIS 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: 尽管远低于镉和铅的毒性，但CIS QDs在酸性环境（如溶酶体）中仍可能缓慢溶解并释放出铜离子（Cu²⁺）和铟离子（In³⁺）。过高浓度的铜离子和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。
• 减毒策略：核-壳结构: 通过表面工程，在CIS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、尺寸均一的硫化铜铟量子点的合成，通常依赖于在高温有机溶剂中的热注射法。

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: 分别制备铜的前驱体（如CuI, Cu(Ac)₂）、铟的前驱体（如In(Ac)₃）和硫的前驱体（如溶解在十八烯中的硫粉）。
  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（如油胺OAm, 硫醇）在惰性气氛保护下加热至高温（通常200-240 °C）。
  3. 共反应: 将铜和铟的前驱体加入高温溶剂中，然后注入硫前驱体，使其发生共反应，形成CIS晶核。
  4. 生长: 在一定温度下继续反应，使晶核缓慢生长。
• 尺寸/组分调控: 通过精确地调控反应温度、反应时间和Cu/In前驱体的摩尔比，可以方便地、可重复地制备出具有特定尺寸和组分的CIS量子点。

对硫化铜铟量子点（CIS QDs）的精确表征是评估其光学性能和质量的关键。对其光学性质和元素组成的表征尤为重要。

• 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CIS QDs的核心技术。
  • 吸收光谱: 用于确定其吸收边的位置。与CdSe等不同，其第一激子吸收峰通常不明显。
  • 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是评价其颜色纯度的关键指标，CIS QDs的FWHM通常较宽（>100 nm）。
  • 斯托克斯位移: 通过比较吸收边和发射峰的位置，可以计算其巨大的斯托克斯位移。
  • 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CIS QDs尺寸、形貌和晶格结构的金标准。
• 晶体结构与元素组成: X射线衍射 (XRD) 用于确认其黄铜矿晶体结构。能量色散X射线谱 (EDX) 或 电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 用于精确测定其Cu/In/S的元素比例。

硫化铜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CIS QDs的“金标准”策略。

• 原理: 在CIS量子点（核）的表面外延生长一层化学性质更稳定、带隙更宽的半导体（壳）。
  • CIS@ZnS 核-壳结构: 这是最经典的钝化策略。在CIS核表面包覆一层硫化锌（ZnS）壳。这层ZnS壳可以有效地钝化CIS核表面的缺陷（这些缺陷是主要的非辐射复合中心），从而极大地提高其荧光量子产率和光化学稳定性。

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。