量子点的发现揭示了一种操纵材料能级结构的新原理，即通过调整尺寸而不改变材料成分来调节带隙。光学性质可调的高质量量子点为基础研究和实际应用开辟了众多可能性。根据其波长范围，量子点可大致分为两类：可见光（380 ~780 nm）量子点和近红外（NIR: 780-3000 nm）量子点。可见光量子点已被广泛应用于量子点显示器、生物标记、照明、太阳能电池和光催化等领域。相比之下，由于在近红外光谱范围内的合成和光学表征面临挑战，高质量的近红外量子点相对较少。早期对近红外量子点的研究主要集中于铅基（PbE, E=S, Se或Te）和汞基（HgE, E=S, Se或Te）量子点。这些量子点因其易于合成、高亮度和低成本而受到青睐。然而，铅和汞基量子点的使用受到有害物质限制条例的制约，促使研究人员寻找有前途的替代品。与其他低毒窄带隙化合物相比，合成Ag₂E量子点的原材料容易获得，而且Ag₂E化合物具有较低的溶解度积常数，这可以减少其在生物应用中的离子泄漏。因此，Ag₂E量子点被认为是极具潜力的近红外材料。然而，它们的窄带隙和小激子波尔半径使得Ag₂E量子点的光学性能对表面和尺寸变化高度敏感。此外，由于银硫族量子点合成中单质银杂质的形成倾向以及Ag₂E化合物的低溶度积常数给其生长调控带来了挑战。最近的研究进展加深了我们对Ag₂E量子点多层级结构与其光学性质之间关系的理解。通过合理设计和精确的结构调控，Ag₂E量子点在多种应用中的性能得到了显著提升。

本文重点介绍了近红外银硫族量子点的合理设计和结构调控方面取得的进展，特别是尺寸调控、晶体工程以及表、界面结构调控的最新成果。

1）尺寸控制

严格来说，只有当纳米晶体的尺寸小于或与相应半导体材料的激子波尔半径相当时，它们才能被归类为量子点。精准控制量子点的尺寸是发挥其可调性能的基础。在这一部分，重点介绍了银硫族量子点的尺寸依赖性质及其尺寸调控策略。

2）晶体结构工程

通过调控银硫族纳米晶体的结构可以实现对其性能的精确调节。本部分重点介绍了通过掺杂、合金化和包壳等策略来提升银硫族量子点的光学性能。此外，还强调了利用银硫族量子点为模板，通过阳离子交换策略制备多元量子点以及异质结结构的最新进展。

3）表面/界面工程

窄带隙银硫族量子点具有丰富的表面原子，其性质对表面变化极为敏感。本部分重点介绍了银硫族量子点表面缺陷的钝化、表面无机结构的重构，以及无机-有机界面调控的最新进展。此外，讨论了通过表面修饰调控银硫族量子点与生物微环境之间相互，以优化其在活体内的稳定性、靶向能力和毒性等特性。

在文章最后，进一步讨论了该领域中未解决的挑战和应对策略，包括：结合单颗粒光谱研究技术深入探讨Ag₂E量子点的发光机制；利用高能同步辐射光源进行表征，深入了解小尺寸纳米晶体的晶体结构，从而为精准结构调控奠定基础。此外，Ag₂E量子点的成核和生长机制仍然不清楚，进一步优化合成条件以及探索新型前驱体，将有助于推动高质量银硫族量子点的合成，并促进其在各个领域的广泛应用。

基于银硫族纳米晶的尺寸精准控制、晶体工程以及表、界面调控，有望实现其在生物医学成像和近红外光电应用领域的定制合成。

庞代文，教授，南开大学分析科学研究中心主任。国家杰出青年科学基金获得者、美国医学与生物工程院会士、英国皇家化学会会士、中国化学会会士、担任国家重大科学研究计划（973）项目首席科学家、国家基金委创新群体学术带头人、美国化学会 Anal. Chem.顾问编委、全国纳标委纳米光电显示技术标准化工作组组长。在Nat. Protoc.、Nat. Commun.等刊发表论文400多篇；推出多种生物成像试剂盒；全球首创的量子点光扩散板技术已用于生产200多万台量子点电视。获省部级一等奖两项，天津市技术发明特等奖一项。

E-mail:  dwpang@whu.edu.cn.

Liu Z-Y, Zhao W, Chen L-M, et al. Rational Design and Structural Regulation of Near-Infrared Silver Chalcogenide Quantum Dots. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6958-x.