宏观块材铯铅溴（CsPbBr₃）是全无机金属卤化物钙钛矿家族的原型材料，以其优异的光电性能和稳定性而著称。

• 直接带隙半导体: 块材CsPbBr₃具有~2.3 eV的直接带隙，使其能够高效地吸收蓝光并发射明亮的绿光。
• 缺陷容忍性: 与有机-无机杂化钙钛矿类似，其独特的电子能带结构使得其晶格中常见的点缺陷通常形成浅能级，而不会成为严重的非辐射复合中心。
• 优异的热稳定性: 这是全无机钙钛矿相比于有机-无机杂化钙钛矿（如MAPbI₃）的核心优势。由于其A位阳离子是无机的铯离子（Cs⁺），而不是易挥发、易分解的有机阳离子，CsPbBr₃具有高得多的热稳定性和化学稳定性。

当CsPbBr₃的尺寸缩小到量子点尺度时，其光学性质会得到进一步的增强，展现出近乎完美的性能。

• 量子限域效应与无与伦比的光致发光 (PL): 这是CsPbBr₃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，CsPbBr₃ 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，远超传统的CdSe量子点。
  • 颜色可调谐: 通过精确控制尺寸和卤素组分，可以实现从蓝光到绿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广色域发光二极管（LED）显示技术和生物成像的理想材料。

对于CsPbBr₃量子点，通过阴离子交换或阳离子取代，是精细调控其光学性质和稳定性的最核心策略。

核心应用: 这是实现全光谱颜色可调的最主要方法。

• 氯（Cl⁻）/ 碘（I⁻）交换:
  • 原理: 将预先合成好的CsPbBr₃量子点分散液与含有其它卤素盐（如ZnCl₂, PbI₂）的溶液混合。在室温下，卤素阴离子之间会发生快速的离子交换。
  • 颜色调控: 通过精确控制交换的程度，可以方便地制备出具有任意组分的混合卤素钙钛矿量子点（CsPb(Br₁₋ₓClₓ)₃ 或 CsPb(Br₁₋ₓIₓ)₃），从而使其发光颜色覆盖从深蓝光（~410 nm）到近红外（~700 nm）的整个可见光光谱。

目标: 引入掺杂离子，赋予其新的功能。

• 锰（Mn²⁺）掺杂: 将Mn²⁺离子掺入CsPbBr₃的晶格中，取代部分Pb²⁺的位置。可以通过能量转移，实现高效的、与尺寸无关的橙黄色光（~600 nm）发射。

铯铅溴（CsPbBr₃）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。

CsPbBr₃ 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: CsPbBr₃ 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，CsPbBr₃ 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: CsPbBr₃ 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/氧气环境下容易分解。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。

铯铅溴量子点（CsPbBr₃ 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。

CsPbBr₃ 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，CsPbBr₃ QDs可以用于对活细胞、组织进行高对比度、高亮度的荧光成像。
• 双光子成像: CsPbBr₃ 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。

CsPbBr₃ QDs是构建高灵敏度荧光传感器的理想平台。

• 原理: CsPbBr₃ 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。

铯铅溴量子点（CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ QDs在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ 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CsPbBr₃独特物理性质的治疗策略。

• 原理: CsPbBr₃含有高原子序数的铅（Pb）和溴（Br），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CsPbBr₃ 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。

铯铅溴量子点（CsPbBr₃ 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: CsPbBr₃ 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CsPbBr₃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。

• CsPbBr₃@SiO₂ 核-壳结构: 这是最经典的减毒策略。在CsPbBr₃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CsPbBr₃量子点的合成，主要依赖于在高温有机溶剂中进行的热注射法。

这是制备高质量全无机钙钛矿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: 制备铅的前驱体（如溴化铅PbBr₂）和铯的前驱体（通常是将碳酸铯Cs₂CO₃与油酸反应生成的油酸铯）。
  2. 高温溶剂: 将一种高沸点的有机溶剂（如十八烯ODE）和两种有机配体（通常是油胺OAm和油酸OA）在惰性气氛保护下加热至高温（通常140-200 °C），并将铅前驱体溶解其中。
  3. 热注射: 将较冷的油酸铯前驱体溶液通过注射器快速地注入到高温的铅盐溶液中。
  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。
• 尺寸调控: 通过精确地调控反应温度和配体的种类/比例，可以方便地、可重复地制备出具有特定尺寸（即特定颜色）的CsPbBr₃量子点。

对铯铅溴钙钛矿量子点（CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ 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CsPbBr₃ 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。

铯铅溴钙钛矿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CsPbBr₃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CsPbBr₃核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，形成CsPbBr₃@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CsPbBr₃进行包覆，同样可以显著提升其稳定性。