摘要
重金属离子、全氟和多氟烷基物质（PFASs）、微塑料与纳米塑料（MNPs）以及新兴污染物对全球生态系统的污染正不断加剧，这迫切需要快速、灵敏、选择性高且可现场部署的传感技术。量子点（QDs）已成为环境传感领域的首选候选材料，然而其性能往往基于经验性解释，而非通过统一理解其底层激子物理来加以阐明。本综述提出了一种基于机理集成的量子点环境传感框架，确立了激子——即空间受限的电子-空穴准粒子——作为最具分析能力的量子点传感模式中主要信号载体的地位。文中对三类信号产生过程进行了关键区分：真实的激子转导（包括光诱导电子转移、陷阱态调控、FRET、电荷转移激子形成和结合能调控）；非激子光学现象（包括内滤效应和光散射，这些现象常被错误归因为激子响应）；以及部分激子过程（如某些电化学发光途径）。文章系统考察了激子基本性质、量子限制效应以及缺陷、掺杂和表面态在碳基、硫属化物、钙钛矿和III-V族量子点中的影响。引入缺陷-激子能带图作为连接缺陷特征与激子响应区及传感模式的理性设计工具。将该机理框架应用于重金属离子、PFASs、微塑料和新兴污染物的传感研究表明，传感性能的差异可通过激子参数进行机理预测，而非材料选择的任意结果。与竞争平台的对比评估识别出量子点传感器具有真正优势的条件。评估了密度泛函理论、分子动力学和机器学习在实现理性传感器设计中的作用。指出了关键挑战，包括稳定性、真实样品验证、标准化和毒性问题，以及未来方向，包括量子点/二维材料异质结构和循环经济碳量子点平台。
