基于无机钙钛矿量子点的光学传感器开发及其对有毒Cd2+金属离子的高灵敏度检测

针对重金属Cd2+污染检测技术成本高、耗时长的问题，研究人员通过超声法合成CsPbBr3-CsPb2Br5纳米晶（CNCs），利用其荧光猝灭效应实现了10-6 M级Cd2+检测，氨水修饰后灵敏度显著提升，为环境监测提供了高效解决方案。

　　

重金属镉离子（Cd²⁺）污染正威胁全球健康，从香烟烟雾到工业废水，其毒性可引发肾损伤、骨质疏松等疾病。传统检测方法如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）虽精准，但高昂成本和繁琐步骤限制了普及。荧光传感器因其操作简便、成本低廉成为研究热点，但现有材料如聚合物量子点（QDs）面临稳定性差、合成条件苛刻等瓶颈——有的需1400℃氩气环境制备，有的耗时超48小时。如何开发快速合成、高灵敏度的检测材料？这一难题催生了钙钛矿量子点的创新研究。

台湾大学团队在《Optik》发表的研究中，采用超声法在-10°C至20°C环境条件下，以1:2:5摩尔比合成CsPbBr₃-CsPb₂Br₅纳米晶（CNCs），通过时间分辨荧光光谱和X射线衍射（XRD）分析其光学特性与结构，并利用氨水修饰优化表面配体密度，最终建立了一套高效Cd²⁺检测体系。

研究结果

合成与表征
超声法合成的CNCs在523.2 nm处呈现强荧光发射，XRD证实其双相结构（CsPbBr₃/CsPb₂Br₅）。20℃制备的样品荧光强度最高，低温下结晶度更优。

荧光猝灭机制
Cd²⁺与CNCs表面配体APTES（(3-氨丙基)三乙氧基硅烷）发生络合反应，导致CsPbBr₃分解，荧光寿命从26.61 ns降至19.84 ns，证实激子通过非辐射路径耗散。

检测性能
未修饰CNCs对Cd²⁺的检测范围为10^-3-10^-5 M；氨水修饰后，表面配体减少使Cd²⁺接触效率提升，检测限达10^-6 M，灵敏度提高10倍。

结论与意义
该研究突破传统QDs合成限制，在常温常压下快速制备稳定CNCs，通过配体工程实现Cd²⁺超灵敏检测。其创新性体现在：1）双相结构增强溶剂稳定性；2）氨水修饰策略普适性强；3）检测限优于多数报道材料。这项技术为农田土壤、工业废水等场景的重金属监测提供了便携化解决方案，尤其适用于资源有限地区。未来可进一步探索其他重金属离子的多通道检测应用。