零维（0D）钙钛矿类似物是一种特殊的金属卤化物，其晶体结构由完全孤立的、互不相连的 [MX₆] 八面体构成，这些八面体像“孤岛”一样被阳离子A⁺分隔开。

• “孤岛”式的量子阱结构: 这是0D钙钛矿最核心、最重要的特性。与3D钙钛矿中无限延伸的共角连接八面体网络不同，0D钙钛矿的[MX₆]八面体在空间上是完全隔离的。这种结构导致了极强的量子限域效应，其电子结构更接近于孤立的分子，而不是具有连续能带的半导体。

0D钙钛矿的独特性质完全来自于其“孤岛”式的晶体结构，这导致了一种与传统量子点截然不同的发光机制。

• 自陷激子（Self-Trapped Exciton, STE）发光: 这是0D钙钛矿最核心、最重要的光学特性。
  • 发光机理: 当0D钙钛矿吸收一个高能量光子后，产生的电子-空穴对（激子）会与其周围柔软的晶格发生强烈的相互作用，导致晶格发生瞬时畸变，从而将激子“囚禁”在一个较低的能量状态，形成自陷激子。随后，这个自陷激子通过辐射复合发光。
  • 独特的光学特征: STE发光具有三个典型特征：
    1. 宽谱发射: 由于晶格畸变的程度是连续分布的，其发射光谱通常是一个非常宽的谱带（半峰宽 FWHM > 80 nm）。
    2. 巨大的斯托克斯位移: 自陷过程是一个能量弛豫过程，导致其发射光的能量远低于其吸收光的能量，斯托克斯位移可达数百纳米。
    3. 高荧光量子产率: 自陷过程可以有效地将激子与非辐射复合中心隔离开，因此STE发光通常具有极高的荧光量子产率，可接近100%。
• 作为“无铅”或“低毒”的替代品: 许多高性能的0D钙钛矿类似物是基于锡（Sn）、锑（Sb）、铋（Bi）等低毒性金属，或采用锰（Mn）等生物必需元素，是解决传统铅基钙钛矿毒性问题的理想途径。

对于0D钙钛矿类似物，通过改变其化学式中的所有组分，是精细调控其光学性质和稳定性的最核心策略。

目标: 调控发光颜色和性质。

• 主族金属 (Sn²⁺, Sb³⁺, Bi³⁺):
  • 锡基 (Sn²⁺): 如Cs₄SnBr₆，通常表现出宽谱的白光或黄光发射。
  • 锑基 (Sb³⁺) / 铋基 (Bi³⁺): 如Cs₃Sb₂Br₉, Cs₃Bi₂Br₉，通常表现出宽谱的蓝光或绿光发射。
• 过渡金属 (Mn²⁺, Cu²⁺):
  • 锰基 (Mn²⁺): 如(C₈H₂₀N)₄MnBr₆，通常表现出高效的、窄谱的绿色发光，其发光来源于Mn²⁺离子的d-d跃迁。

目标: 精确调控其发光颜色。

• 氯（Cl⁻）/ 溴（Br⁻）/ 碘（I⁻）的混合: 通过改变卤素阴离子的组分，可以系统性地调控[MX₆]八面体的电子结构和晶格畸变程度，从而方便地将其STE发光颜色覆盖从蓝光到黄橙光的可见光光谱。

零维钙钛矿类似物作为一种能够高效吸收紫外光的宽带隙半导体，在光催化领域是一种极具潜力的光敏剂。

0D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: 0D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，0D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，0D钙钛矿类似物通常具有高得多的化学稳定性和光稳定性，使其在催化应用中更具优势。

零维钙钛矿类似物凭借其独特的宽谱、大斯托克斯位移发光和优异的生物相容性，在生物荧光成像领域具有巨大的应用潜力。

0D钙钛矿是传统含重金属半导体量子点的一种完美的无铅/低毒替代品。

• 细胞与组织成像: 通过表面修饰，0D钙钛矿纳米晶可以用于对活细胞、组织进行高对比度的荧光成像。
• 优势:
  • 无自吸收: 其巨大的斯托克斯位移，使得其发射光与吸收光在光谱上完全分离，从根本上避免了荧光的自吸收问题，这在高浓度或厚样品成像中是一个巨大的优势。
  • 低毒性: 基于Sn, Bi, Sb, Mn等元素的0D钙钛矿，其生物毒性远低于含铅或含镉的量子点。

零维钙钛矿类似物在治疗领域的应用主要利用其作为X射线闪烁体，用于下一代的X射线成像和放疗增敏。

这是一种全新的、基于0D钙钛矿独特物理性质的应用。

• 原理: 0D钙钛矿（特别是含Bi, Sb等重元素）能够高效地吸收高能量的X射线。吸收X射线后，由于其高效的STE发光机制，它能够高效地将其能量转化为大量的可见光光子（闪烁效应）。
• 应用:
  • 高分辨率X射线成像: 将0D钙钛矿纳米晶制成闪烁屏，可以用于制造具有更高分辨率、更低辐射剂量的下一代X射线探测器。
  • X射线诱导的光动力学治疗（X-PDT）: 将0D钙钛矿纳米晶与传统的光敏剂共递送到肿瘤内部。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可见光，进而激活光敏剂产生ROS。

零维钙钛矿类似物的一个核心研发动机就是为了解决传统铅基钙钛矿的毒性问题。因此，其毒理学性质是其最重要的优势之一。

• 核心优势: 大多数高性能的0D钙钛矿类似物是基于锡（Sn）、锑（Sb）、铋（Bi）、锰（Mn）等低毒性或生物必需的金属元素。这从根本上避免了剧毒重金属铅（Pb）和镉（Cd）泄漏带来的严重细胞毒性问题。
• 化学稳定性: 0D钙钛矿类似物的晶格结构通常比3D钙钛矿更稳定，在生理环境中更不容易溶解，因此其离子的释放量也更低。

由于其优异的生物相容性和低毒性，0D钙钛矿类似物被认为是用于生物医学应用的最有前途的下一代发光材料之一。

高质量、尺寸均一的0D钙钛矿类似物纳米晶的合成，通常依赖于在有机溶剂中进行的热注射法或室温下的配体辅助重结晶法。

这是制备高质量0D钙钛矿纳米晶的金标准方法。

• 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: 分别制备阳离子A（如油酸铯）和金属卤化物M-X（如SnBr₂, MnBr₂）的前驱体。
  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。
  3. 热注射: 将一种前驱体快速地注入到含有另一种前驱体的高温溶剂中。
  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。

这是一种在室温下进行的、更简便的合成方法。

• 原理: 将所有前驱体盐和配体溶解在一种极性溶剂（如DMF）中，然后快速地注入到一种剧烈搅拌的、与DMF不互溶的非极性溶剂（如甲苯）中，通过重结晶析出纳米晶。

对零维钙钛矿类似物的精确表征是评估其光学性能和确认其“孤岛”式结构的关键。对其光学性质和晶体结构的表征尤为重要。

• 晶体结构与物相: X射线衍射 (XRD) 是确认样品是否为纯的零维钙钛矿结构的最关键技术。通过分析其衍射峰，可以确定其晶体结构，并判断是否存在其它维度的钙钛矿杂相。

• 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0D钙钛矿的核心技术。
  • 吸收光谱: 其吸收光谱通常在紫外区有一个尖锐的、类似于分子的激子吸收峰，这是其零维电子结构的直接证据。
  • 发射光谱: 用于确定其发射波长（颜色）和发射峰的半峰宽（FWHM）。STE发光的FWHM通常很宽（>80 nm）。
  • 斯托克斯位移: 通过比较吸收峰和发射峰的位置，可以计算其巨大的斯托克斯位移。
  • 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。

零维钙钛矿类似物的表面工程是其实现稳定应用（特别是生物医学和光电器件）的决定性步骤。其核心任务是提高其稳定性和实现水溶性。

在0D钙钛矿纳米晶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0D钙钛矿核表面包覆一层二氧化硅（SiO₂）壳，形成0D-Perovskite@SiO₂核-壳结构。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。
• 聚合物包覆: 利用疏水性的聚合物（如聚苯乙烯）对0D钙钛矿进行包覆，同样可以显著提升其稳定性。