二维（2D）钙钛矿是一种天然形成的量子阱（Quantum Wells）结构。其通用化学式为(L)₂(A)ₙ₋₁PbₙX₃ₙ₊₁，其中：

• (A)ₙ₋₁PbₙX₃ₙ₊₁: 代表n层无机钙钛矿片层，是“阱”材料。
• L: 代表一个体积庞大的长链有机阳离子（如苯乙胺PEA⁺, 丁胺BA⁺），它们插入到无机片层之间，形成绝缘的有机层，是“垒”材料。

2D钙钛矿的独特性质完全来自于其量子阱结构和有机-无机界面。

• 巨大的激子束缚能与高效发光: 这是2D钙钛矿最核心、最重要的特性。
  • 量子限域与介电限域: 绝缘的有机层（垒）对导电的无机层（阱）中的电子和空穴产生了强烈的量子限域和介电限域效应。这导致其激子束缚能（>200 meV）远高于3D钙钛矿（
  • 高效辐射复合: 稳定的激子极大地促进了电子-空穴对的辐射复合速率，使得2D钙钛矿成为一种极其高效的发光材料，其荧光量子产率可以轻松地达到接近100%。
• 优异的化学与环境稳定性: 疏水的长链有机阳离子层像一道“分子雨衣”，可以有效地阻止水分子的入侵，从而极大地提高了钙钛矿材料的抗湿稳定性和长期工作稳定性，这是其相比于3D钙钛矿最大的优势。
• 层数（n）可调谐的光学性质: 2D钙钛矿的带隙和发光颜色可以通过精确地调控无机钙钛矿片层的厚度（即层数n）来实现。n值越小，量子限域效应越强，带隙越大，发光越蓝。

对于2D钙钛矿，通过改变其化学式(L)₂(A)ₙ₋₁PbₙX₃ₙ₊₁中的所有组分，是精细调控其光学性质和稳定性的最核心策略。

目标: 调控量子阱的宽度和性质。

• 链长与刚性: L阳离子的链长和刚性决定了有机“垒”层的厚度和介电常数，从而可以精细地调控激子束缚能和稳定性。

目标: 调控无机“阱”层的带隙和稳定性。

• A位阳离子: 与3D钙钛矿类似，A位可以是甲铵（MA⁺）、甲脒（FA⁺）、铯（Cs⁺）或其混合物。
• X位阴离子: 通过改变卤素阴离子的组分（I⁻, Br⁻, Cl⁻），可以方便地将2D钙钛矿的发光颜色覆盖从近红外到深蓝光的整个可见光光谱。

二维钙钛矿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。

2D钙钛矿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: 2D钙钛矿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。
• 光催化有机合成: 在光照下，2D钙钛矿可以作为高效的光氧化还原催化剂，驱动多种有机合成反应。
• 优势: 相比于3D钙钛矿，2D钙钛矿优异的化学稳定性使其在催化应用中更具优势，特别是在含有水分的反应体系中。

二维钙钛矿纳米片凭借其无与伦比的光学特性（高量子产率、窄发射峰）和优异的稳定性，在生物荧光成像领域具有巨大的应用潜力，但其应用受到其铅毒性的严重限制。

2D钙钛矿纳米片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，2D钙钛矿纳米片可以用于对活细胞、组织进行高对比度、高亮度的荧光成像。
• 偏振成像: 二维片状的几何结构使其发射光具有一定的偏振特性，可用于偏振相关的生物成像。

二维钙钛矿纳米片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2D钙钛矿在癌症治疗中最具潜力的应用之一。

• 原理: 2D钙钛矿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2D钙钛矿纳米片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2D钙钛矿独特物理性质的治疗策略。

• 原理: 2D钙钛矿含有高原子序数的铅（Pb）和碘/溴（I/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2D钙钛矿纳米片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）。

二维钙钛矿的固有铅毒性是其生物医学应用中最大的障碍和挑战。

• 核心毒性机制: 2D钙钛矿对哺乳动物细胞的毒性，主要来自于其在生理环境中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。
• 稳定性优势: 相比于3D钙钛矿，2D钙钛矿由于其疏水性有机层的保护，其化学稳定性更高，因此铅离子的泄漏速率通常更低，使其相对更安全。

通过表面工程，在2D钙钛矿纳米片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。

高质量、层数均一的二维钙钛矿纳米片的合成，通常依赖于在有机溶剂中进行的液相合成法。

这是制备高质量2D钙钛矿纳米片最常用、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，将钙钛矿的无机前驱体盐（如PbBr₂, CsBr）和长链有机铵盐（如苯乙胺溴(PEABr)）按照预设的化学计量比溶解，形成澄清的前驱体溶液。
  2. 重结晶/旋涂:
     • 纳米片胶体溶液: 采用与3D量子点类似的配体辅助重结晶法（LARP），将前驱体溶液注入到不良溶剂中，即可获得分散的2D钙钛矿纳米片。
     • 薄膜: 将前驱体溶液通过旋涂的方式沉积在基底上，然后通过热退火使其结晶，即可获得高质量的2D钙钛矿薄膜。
• 层数调控: 通过精确地调控前驱体溶液中长链有机阳离子L与小半径阳离子A的摩尔比，可以方便地控制最终2D钙钛矿的层数n。

对二维钙钛矿纳米片的精确表征是评估其光学性能和确认其量子阱结构的关键。对其光学性质和晶体结构的表征尤为重要。

• X射线衍射 (XRD): 这是确认2D钙钛矿量子阱结构的最关键技术。其XRD谱图在低角度区域会呈现出一系列等间距的卫星衍射峰，这些峰对应于由有机层和无机层交替排列形成的超晶格结构。通过布拉格方程可以计算出其层间距。

• 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2D钙钛矿的核心技术。
  • 吸收光谱: 其吸收光谱由一系列对应于不同量子阱能级的激子吸收峰构成。
  • 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是评价样品相纯度（即n值是否单一）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。

二维钙钛矿纳米片的表面工程是其实现稳定应用（特别是光电器件）的决定性步骤。其核心任务是钝化表面缺陷和调控能量传递。

这是获得高荧光量子产率2D钙钛矿的关键。

• 原理: 2D钙钛矿纳米片的边缘和表面存在大量的缺陷态（如卤素空位），这些是主要的非辐射复合中心。
• 策略: 通过在合成或后处理过程中，引入一些具有强配位能力的路易斯碱分子（如三辛基氧化膦TOPO、苯乙胺PEA），可以有效地与表面未配位的Pb²⁺结合，从而“填补”卤素空位，钝化表面缺陷，极大地提高其荧光量子产率和稳定性。

这是一种利用2D钙钛矿独特结构来提高器件性能的前沿策略。

• 原理: 在制备2D钙钛矿薄膜时，通过精确控制结晶过程，使其形成一个层数（n）从大到小梯度分布的结构。
• 优势: 在光或电激发下，能量会像“漏斗”一样，从带隙较宽的小n值相高效地传递到带隙较窄的大n值相，最终汇集在n值最大的相发光。这种能量富集效应可以极大地提高电致发光器件（LED）的效率。