宏观块材甲铵铅碘（MAPbI₃）是金属卤化物钙钛矿家族的原型材料，以其无与伦比的光电性能而引发了光伏领域的革命。

• 直接带隙半导体: 块材MAPbI₃具有~1.6 eV的直接带隙，位于可见光区的最佳位置，使其能够高效地吸收太阳光。
• 缺陷容忍性: 这是钙钛矿材料最神奇的特性之一。其独特的电子能带结构使得其晶格中常见的点缺陷（如空位）通常形成浅能级，而不会成为严重的非辐射复合中心。这使其即使是通过简单的溶液法制备，也能获得极高的光电转换效率。
• 长载流子扩散长度: 具有极长的电子和空穴扩散长度，保证了光生载流子在复合前能够被有效地收集。

当MAPbI₃的尺寸缩小到其激子波尔半径（~5 nm）以下时，其光学性质会得到进一步的增强。

• 量子限域效应与无与伦比的光致发光 (PL): 这是MAPbI₃量子点最核心、最重要的特性。
  • 极高的荧光量子产率: 由于量子限域增强了电子-空穴对的辐射复合速率，MAPbI₃ QDs的荧光量子产率可以轻松地达到接近100%。
  • 极窄的发射峰: 其发射峰的半峰宽（FWHM）可以小于20 nm，意味着其具有无与伦比的颜色纯度。
  • 颜色可调谐: 通过精确控制尺寸，可以实现从绿光到红光的颜色可调谐荧光发射。
  这些完美的光学特性使其成为下一代发光二极管（LED）显示技术和生物成像的理想材料。

对于钙钛矿量子点，通过离子交换或取代来改变其A、B、X位的组分，是精细调控其光学性质和稳定性的最核心策略。

目标: 用其它有机或无机阳离子取代甲铵（MA⁺），以提高稳定性。

• 甲脒（FA⁺）/ 铯（Cs⁺）取代: 甲铵离子（MA⁺）的挥发性和热不稳定性是MAPbI₃不稳定的主要原因之一。用尺寸更大、更稳定的甲脒离子（FA⁺）或无机的铯离子（Cs⁺）来部分或全部取代MA⁺，可以显著提高量子点的热稳定性和化学稳定性。全无机的CsPbI₃量子点是目前研究的热点。

目标: 精确调控其发光颜色。

• 溴（Br⁻）/ 氯（Cl⁻）取代: 这是调控钙钛矿量子点发光颜色的最主要方法。通过在MAPbI₃中引入尺寸更小的溴（Br⁻）或氯（Cl⁻）来取代碘（I⁻），形成混合卤素钙钛矿（如MAPb(I₁₋ₓBrₓ)₃），可以系统性地增大其带隙，使其发光颜色从红色覆盖至整个可见光光谱，直至蓝光。

甲铵铅碘（MAPbI₃）量子点作为一种能够高效吸收可见光的直接带隙半导体，在光催化领域是一种极具潜力的光敏剂。

MAPbI₃ QDs可以作为高效的光吸收和能量/电子转移中心。

• 光催化CO₂还原: MAPbI₃ QDs具有合适的能带位置和优异的光吸收能力，其光生电子可以被用于将二氧化碳（CO₂）还原为有价值的化学燃料，如甲酸、甲醇、甲烷等。
• 光催化有机合成: 在光照下，MAPbI₃ QDs可以作为高效的光氧化还原催化剂，驱动多种传统上需要贵金属催化剂的有机合成反应。
• 挑战: MAPbI₃ QDs在光催化应用中的主要挑战是其稳定性问题。它在极性溶剂（如水）和光照/氧气环境下极易分解。通过包覆稳定的保护壳或在非极性溶剂中进行反应是解决该问题的关键。

甲铵铅碘量子点（MAPbI₃ QDs）凭借其无与伦比的光学特性（高量子产率、窄发射峰），在生物荧光成像领域具有巨大的应用潜力，但其应用受到其稳定性和毒性的严重限制。

MAPbI₃ QDs是传统半导体量子点的一种高性能替代品。

• 细胞与组织成像: 通过表面修饰，MAPbI₃ QDs可以用于对活细胞、组织进行高对比度的荧光成像。
• 双光子成像: MAPbI₃ QDs具有巨大的双光子吸收截面，是用于深层组织双光子显微成像的理想探针。

MAPbI₃ QDs是构建高灵敏度荧光传感器的理想平台。

• 原理: MAPbI₃ QDs的荧光强度对其周围的化学环境极其敏感。当其表面吸附或结合待测物时，会通过电子转移、能量转移等机制，导致其荧光发生猝灭。

甲铵铅碘量子点（MAPbI₃ QDs）在治疗领域的应用主要利用其作为光敏剂或X射线闪烁体。

这是MAPbI₃ QDs在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: MAPbI₃ 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MAPbI₃ 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。

这是一种全新的、基于MAPbI₃独特物理性质的治疗策略。

• 原理: MAPbI₃含有高原子序数的铅（Pb）和碘（I），使其能够高效地吸收高能量的X射线。吸收X射线后，它能够高效地将其能量转化为可见光（闪烁效应）或产生活性氧。
• 应用: 将MAPbI₃ QDs靶向递送到肿瘤内部，在进行放射治疗时，它们可以作为“能量转换器”，将X射线的能量在肿瘤内部就地转化为具有杀伤力的ROS或紫外/可见光（可进一步激活其它光敏剂），从而实现X射线诱导的动态治疗（X-PDT），在不增加对正常组织损伤的前提下，显著增强放疗对肿瘤的杀伤效果。

甲铵铅碘量子点（MAPbI₃ QDs）的固有铅毒性和不稳定性是其生物医学应用中最大的障碍和挑战。

• 核心毒性机制: MAPbI₃ QDs对哺乳动物细胞的毒性，主要来自于其在生理环境中（特别是水和氧存在下）快速降解并释放出的铅离子（Pb²⁺）。
  • 铅离子 (Pb²⁺): 是一种剧毒的重金属离子，已被IARC列为2A类致癌物（很可能对人类致癌）。它可以在体内长期蓄积，对神经系统、肾脏、造血系统等产生严重的、不可逆的损伤。

通过表面工程，在MAPbI₃量子点（核）表面包覆一层致密的、防水的保护壳，是隔绝其与生物环境接触、阻止铅离子释放、从而降低其毒性的最核心、最有效的策略。

• MAPbI₃@SiO₂ 核-壳结构: 这是最经典的减毒策略。在MAPbI₃核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳。这层SiO₂壳可以作为一道物理屏障，有效地阻止水分子的入侵和有毒的Pb²⁺离子的泄漏，从而显著提高其稳定性和降低其细胞毒性。

高质量、尺寸均一的MAPbI₃量子点的合成，通常依赖于在有机溶剂中进行的配体辅助重结晶或热注射法。

这是制备高质量钙钛矿量子点最常用、最简便的方法。

• 原理:
  1. 前驱体溶液制备: 在一种极性溶剂（如DMF）中，将钙钛矿的前驱体盐（甲基碘化胺MAI和碘化铅PbI₂）和两种有机配体（通常是油胺OAm和油酸OA）溶解，形成澄清的前驱体溶液。
  2. 重结晶: 将上述前驱体溶液通过注射器快速地注入到一种剧烈搅拌的、与DMF不互溶的非极性溶剂（最常用的是甲苯）中。
  3. 量子点的形成: 由于溶剂环境的急剧改变，前驱体在不良溶剂（甲苯）中的溶解度急剧下降，从而快速地结晶析出，形成由有机配体包裹的、尺寸均一的MAPbI₃量子点。
• 尺寸调控: 通过精确地调控配体的种类和浓度、反应温度等参数，可以方便地控制MAPbI₃量子点的最终尺寸。

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MAPbI₃量子点。

对甲铵铅碘量子点（MAPbI₃ QDs）的精确表征是评估其光学性能和质量的关键。对其光学性质和晶体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MAPbI₃ 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和颜色纯度的关键指标，高质量的MAPbI₃ QDs其FWHM通常小于25 nm。
  • 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MAPbI₃ QDs尺寸、形貌（通常为立方体）和晶格结构的金标准。
• 晶体结构: X射线衍射 (XRD)。用于确认MAPbI₃ QDs的钙钛矿晶体结构。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。

甲铵铅碘量子点的表面工程是其实现任何稳定应用（特别是生物医学和光电器件）的决定性步骤。其核心任务只有一个：提高其稳定性。

在MAPbI₃量子点表面包覆一层致密的、能够隔绝水和氧的保护壳，是解决其稳定性问题的最有效策略。

• 二氧化硅包覆: 在MAPbI₃核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，形成MAPbI₃@SiO₂核-壳结构。这是最常用、最有效的表面修饰策略。这层SiO₂壳可以：
  • 提高稳定性: SiO₂壳可以作为一道物理屏障，有效地阻止水分子的入侵，从而极大地提高其在水性环境和空气中的稳定性。
  • 提供功能化平台: SiO₂表面可以通过成熟的硅烷化学，方便地引入氨基、羧基等官能团，用于后续的生物偶联。
  • 降低毒性: SiO₂壳可以有效地将钙钛矿核与生物环境隔绝，阻止铅离子的释放。
• 聚合物包覆: 利用疏水性的聚合物（如聚苯乙烯）对MAPbI₃进行包覆，同样可以显著提升其稳定性。