宏观块材甲脒铅碘（FAPbI₃）是金属卤化物钙钛矿家族中性能最优异的材料之一，是下一代高效太阳能电池的核心。

• 理想的带隙: 块材α-FAPbI₃具有~1.48 eV的直接带隙，这比MAPbI₃的带隙（~1.6 eV）更窄，更接近于单结太阳能电池理论上最理想的带隙值（Shockley-Queisser极限），使其能够吸收更宽范围的太阳光谱。
• 优异的热稳定性: 甲脒阳离子（FA⁺）比甲铵阳离子（MA⁺）具有更高的热稳定性，使得FAPbI₃的热分解温度更高，更适合于实际器件应用。
• 相不稳定性: 这是FAPbI₃最核心的挑战。在室温和潮湿环境下，光电性能优异的黑色钙钛矿相（α相）会自发地转变为带隙很宽（~2.4 eV）、不吸光的黄色非钙钛矿相（δ相），导致器件失效。

当FAPbI₃的尺寸缩小到量子点尺度时，其光学性质得到极大增强，同时相不稳定性问题也变得更为突出。

• 量子限域效应与无与伦比的光致发光 (PL): 这是FAPbI₃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，FAPbI₃ 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25 nm，意味着其具有无与伦比的颜色纯度。
  • 颜色可调谐: 通过精确控制尺寸和卤素组分，可以实现从红光到近红外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）显示技术和深层组织生物成像的理想材料。

对于FAPbI₃量子点，其性能优化的核心挑战是抑制其向非钙钛矿δ相的转变。通过离子取代是实现这一目标的最核心策略。

目标: 稳定钙钛矿α相。

• 铯（Cs⁺）取代: 这是最常用、最有效的相稳定策略。通过引入少量尺寸更小的无机铯离子（Cs⁺）来部分取代FA⁺，形成混合阳离子钙钛矿（如FA₁₋ₓCsₓPbI₃），可以有效地降低晶格的容忍因子（Goldschmidt tolerance factor），从而在热力学上稳定其α相，抑制δ相的形成。

目标: 精确调控其发光颜色和相稳定性。

• 溴（Br⁻）取代: 通过在FAPbI₃中引入尺寸更小的溴（Br⁻）来取代碘（I⁻），形成混合卤素钙钛矿（如FAPb(I₁₋ₓBrₓ)₃），可以系统性地增大其带隙，使其发光颜色从近红外覆盖至整个可见光光谱。同时，Br⁻的引入也能在一定程度上提高其相稳定性。

甲脒铅碘（FAPbI₃）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。

FAPbI₃ 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: FAPbI₃ 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，FAPbI₃ 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: FAPbI₃ 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。

甲脒铅碘量子点（FAPbI₃ QDs）凭借其独特的近红外（NIR）荧光特性，在生物成像领域，特别是需要深层组织穿透的应用中，具有不可替代的优势。

这是FAPbI₃ QDs在生物成像中最核心、最重要的应用。

• 原理: FAPbI₃ QDs的发光可以被方便地调谐到第一近红外（NIR-I, 700-900 nm）“生物窗口”。
• 核心优势:
  • 深层组织穿透: NIR光在生物组织中具有极低的散射和可忽略的自发荧光，因此可以实现对活体动物体内深层组织（如肿瘤、血管）的高分辨率、高信噪比荧光成像。
  • 高光稳定性与高量子产率: FAPbI₃ QDs具有极高的光稳定性和近乎完美的荧光量子产率，是理想的近红外荧光探针。

甲脒铅碘量子点（FAPbI₃ 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FAPbI₃ QDs在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: FAPbI₃ 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FAPbI₃ 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FAPbI₃独特物理性质的治疗策略。

• 原理: FAPbI₃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FAPbI₃ 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，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。

甲脒铅碘量子点（FAPbI₃ 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: FAPbI₃ 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FAPbI₃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。

• FAPbI₃@SiO₂ 核-壳结构: 这是最经典的减毒策略。在FAPbI₃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FAPbI₃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（甲脒碘FAI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FAPbI₃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FAPbI₃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FAPbI₃量子点。

对甲脒铅碘量子点（FAPbI₃ QDs）的精确表征是评估其光学性能和相稳定性的关键。对其相纯度和光学性质的表征尤为重要。

• 晶体结构与相纯度: X射线衍射 (XRD) 是确认样品是否为纯的α相钙钛矿结构的最关键技术。必须仔细检查XRD谱图中是否出现了代表非钙钛矿δ相的特征衍射峰（通常在2θ ≈ 11.6°）。

• 吸收与荧光光谱: 紫外-可见-近红外吸收光谱和荧光分光光度计是表征FAPbI₃ 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FAPbI₃ QDs其FWHM通常小于30 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。

甲脒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FAPbI₃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FAPbI₃核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，形成FAPbI₃@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FAPbI₃进行包覆，同样可以显著提升其稳定性。