量子点是一类既非分子也非块状的新型材料。它们具有与大块材料相同的结构和原子成分，但其特性却可以通过单一参数（粒子的大小）来调整，通常在1-20nm范围调节，目前研究比较热门的量子点材料包括半导体量子点、钙钛矿量子点和碳量子点，很多新型量子点材料也得到了越来越多的关注如硅量子点、MXene量子点、黑磷量子点、硫量子点
量子点在催化领域的应用主要集中在光催化过程。由于量子点具有独特的光学性质，如窄而尖锐的吸收和发射光谱、高量子产率等，因此可以作为优良的光催化剂
量子点定义与核心特性
量子点（Quantum Dots, QDs）作为一种半导体纳米晶体，其三维尺寸通常处于 1 – 10 纳米的范围，该尺寸显著小于或接近相应材料的激子玻尔半径。量子点的核心特性源自量子限域效应（Quantum Confinement Effect）。
当半导体材料的尺寸不断减小时，原本连续的能带结构会逐渐离散化，带隙随之增大，这使得量子点的光学性质，比如发射波长，能够随着尺寸的变化而进行调节。以 CdSe 量子点为例，其发射波长可在 2nm（蓝光）至 8nm（红光）的范围内实现调控。
除此之外，量子点还具备其他关键的物理效应：
表面效应：量子点具有高表面积与体积比的特点，这使得表面原子对其整体性质的影响十分显著。为了稳定表面，往往需要通过配体修饰的方式来实现。
介电限域效应：周围介质与量子点之间介电常数的差异，会对激子的结合能产生影响。
量子隧穿与库仑阻塞：在低维结构的量子点中，电子的隧穿行为会受到限制，单电子传输特性表现得尤为显著。
量子点的分类
按结构与组成分类
https://doi.org/10.3389/fchem.2022.946574
按材料体系分类
II – VI 族：像 CdS、CdSe、CdTe 等属于 II – VI 族量子点，它们具有较高的荧光效率，但存在含有重金属、毒性较大的问题。
III – V 族：InP、InAs 等 III – V 族量子点，毒性较低，在生物应用领域具有较大的优势。
IV – VI 族：PbS、PbSe 等 IV – VI 族量子点，能够在近红外区域发射，常用于光通信与生物成像领域。
碳基量子点：包括石墨烯量子点、碳点等，这类量子点具有生物相容性高、环境友好的特点。
钙钛矿量子点：以 CsPbBr₃为代表的钙钛矿量子点，色纯度较高，不过其稳定性还有待进一步提升。
发现历史与关键人物
1981 年，苏联物理学家 Alexei Ekimov 在玻璃基质中首次观察到了尺寸依赖的量子效应。次年，美国化学家 Louis Brus 在胶体溶液中独立发现了量子限域效应，并提出了 Brus 方程，用于描述能级的变化。1993年，Moungi Bawendi 开发出热注入法（Hot – Injection），利用该方法合成的高质量 CdSe 量子点，量子产率超过了 85%。2023 年，Ekimov、Brus 与 Bawendi 因在量子点研究方面的卓越贡献，共同获得了诺贝尔化学奖。
合成方法
自上而下法
电子束光刻与离子蚀刻：这种方法的精度能够达到 30nm，然而其成本较高，而且在制备过程中容易引入缺陷。
激光剥离：该方法适用于硅量子点的制备，但制备出的量子点尺寸分布较宽。
DOI: 10.1002/anie.202312276
自下而上法-胶体化学法（主流方法）
热注入法：通过高温分解前驱体，能够生成单分散的量子点，例如 CdSe 量子点。
SILAR 技术（Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction）：可以逐层沉积壳层，实现对壳层厚度的精确控制。
微乳液法：在室温条件下即可进行合成，适合制备生物相容性量子点。
分子束外延（MBE）：在超高真空环境下，能够实现原子级精度的生长，常用于制备高纯度的量子点。
新兴方法
大气压等离子体合成：具有合成速度快、纯度高的优点，尤其适合硅量子点的合成。
绿色化学法：采用水相合成的方式制备无镉量子点，如 InP 量子点，有效降低了量子点的毒性。
DOI：10.1002/adfm.202213770
前沿应用
光电材料
显示技术：QLED 显示屏充分利用了量子点高色域的特性（色域覆盖超过 100% NTSC），目前三星的 QLED TV 已经实现商业化。
太阳能电池：量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）的理论效率可达 44%，高于传统的硅基电池。
单光子源与量子计算：InAs 量子点可用于生成纠缠光子对，为量子通信提供了重要支撑。
生物医学
活体成像：近红外量子点（如 PbS）具有较强的组织穿透能力，穿透深度可达 5cm，能够用于肿瘤的定位。
光动力治疗：CdTe 量子点可以产生活性氧（ROS），能够靶向杀死癌细胞。
药物递送：将量子点与阿霉素制成复合物，可以实现化疗药物的控释，从而减少药物的副作用。
传感与检测
重金属离子检测：碳量子点利用荧光猝灭效应来检测 Hg²⁺，灵敏度能够达到 nM 级 [46]。
病毒诊断：在 COVID – 19 抗原检测中，利用量子点标记抗体，可将检测限提升 10 倍
半导体量子点
半导体量子点（quantum dots, QDs）中IIB-VIA族量子点由于制备简单、光学性质优异而得到广泛的关注。常见的IIB-VIA族半导体量子点主要有CdSe、ZnSe、CdTe、CdS、ZnS等。半导体量子点具有可调控及独特的光学、电学、化学和物理性质，其应用涵盖能源采集、照明、显示器、摄像机、传感器、通信技术、生物学和医学等领域。
这些技术已被用于商业可用的高效激光器、显示器、生物标签和太阳能采集设备，并逐步在光伏、传感和量子通讯领域出现。例如，量子点可与LCD、OLED、Micro-LED等显示技术结合，显著提高显示器件的色彩品质，简化制造工艺，已经成为重要的显示前沿技术之一。
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01432-0
钙钛矿量子点
与传统的CdSe、InP等量子点材料相比，近年来出现的钙钛矿量子点具有优异的光学性质，很容易实现高发光效率和窄发射，半峰宽可达20nm，荧光量子效率接近 100%，这些指标超越了InP量子点的水平（半峰宽:~35nm, PLQY>80%），与 CdSe量子点的最好水平相当。
除了优异的发光特性外，钙钛矿量子点的吸收系数非常高，一般是CdSe和InP量子点的8-10倍。因此，钙钛矿量子点技术也可满足液晶显示应用需求。除此之外，钙钛矿量子点在很多应用领域开始崭露头角，如X-射线成像、微型光谱仪、光学传感器等领域。
碳量子点
传统的量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，因此毒性较大，对环境也会产生危害。碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，在制备的过程中不涉及重金属的使用，易于获得、无毒且生物相容性好，因此被广泛用在细胞和细菌等生物物种的成像方面，可替代半导体量子点和有机染料。
同时荧光碳量子点具有优良的光学特性，如高荧光强度、抗光漂白性、发光颜色可调等特点，可用于生物传感，如能对阴阳离子、有机小分子及大分子、金属离子等进行检测。其优异的发光可调性能，有望取代传统发光材料在白光LED器件中得到应用。