宏观块材铯铅碘（CsPbI₃）是全无机金属卤化物钙钛矿家族的母体化合物，是下一代高效太阳能电池的核心材料。

• 理想的带隙: 块材α-CsPbI₃具有~1.7 eV的直接带隙，非常适合于制造单结或与硅基电池堆叠的叠层太阳能电池。
• 优异的热稳定性: 作为一种全无机材料，CsPbI₃具有比有机-无机杂化钙钛矿（如MAPbI₃）高得多的热稳定性和化学稳定性。
• 严重的相不稳定性: 这是CsPbI₃最核心、最致命的挑战。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（~2.8 eV）、不吸光的黄色非钙钛矿相（δ相），导致器件失效。

当CsPbI₃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CsPbI₃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，CsPbI₃ 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35 nm，意味着其具有无与伦比的颜色纯度。
  • 红光/近红外（NIR）发射: 通过精确控制尺寸，可以实现从深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CsPbI₃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。通过阴离子取代是实现这一目标的最核心策略。

核心应用: 这是实现相稳定和颜色调控的最主要方法。

• 溴（Br⁻）/ 氯（Cl⁻）取代:
  • 原理: 通过在CsPbI₃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CsPb(I₁₋ₓBrₓ)₃），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。
  • 颜色调控: 同时，Br⁻/Cl⁻的引入会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。

铯铅碘（CsPbI₃）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。

CsPbI₃ 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: CsPbI₃ 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，CsPbI₃ 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: CsPbI₃ 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。

铯铅碘量子点（CsPbI₃ 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CsPbI₃ QDs在生物成像中最核心、最重要的应用。

• 原理: CsPbI₃ 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: CsPbI₃ 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。

铯铅碘量子点（CsPbI₃ 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。

• 光动力学治疗 (PDT): CsPbI₃ 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): CsPbI₃ QDs在近红外区具有强吸收，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。

这是一种全新的、基于CsPbI₃独特物理性质的治疗策略。

• 原理: CsPbI₃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CsPbI₃ 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）。

铯铅碘量子点（CsPbI₃ 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: CsPbI₃ 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CsPbI₃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。

• CsPbI₃@SiO₂ 核-壳结构: 这是最经典的减毒策略。在CsPbI₃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CsPbI₃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（如碘化铅PbI₂）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CsPbI₃量子点。

对铯铅碘钙钛矿量子点（CsPbI₃ 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°, 12.8°）。

• 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CsPbI₃ 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。
  • 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。

铯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：提高其相稳定性和化学稳定性。

在CsPbI₃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CsPbI₃核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，形成CsPbI₃@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CsPbI₃进行包覆，同样可以显著提升其稳定性。