ZnO量子点因其量子尺寸效应、高比表面积和良好的光学与电学性质，成为纳米技术和材料科学研究的热点之一。其物理化学性质使其在光电器件、生物医学、能源存储和环境治理等领域展现出应用潜力。随着纳米技术的不断进步，ZnO量子点的应用范围不断拓展，通过创新的合成方法和功能化策略得到高性能的ZnO量子点基材料和器件。

ZnO量子点的基本性质

1 光学性质

ZnO量子点具有量子尺寸效应，其带隙宽度随尺寸变化而改变，从而展现出可调控的光学性质。例如，小尺寸的ZnO量子点在紫外光区具有较强的吸收峰，而较大尺寸的量子点则在可见光区展现出较强的吸收和发射特性。此外，ZnO量子点的荧光量子产率较高，使其在荧光成像和光电器件中具有重要应用。

2 电学性质

ZnO量子点是一种宽禁带半导体材料，具有较高的电子迁移率和良好的电学稳定性。其表面态和缺陷态对电学性质有影响，通过表面修饰和掺杂改性可以调控其电学性能。例如，掺杂Al、Mn、Cu等元素可以引入额外的载流子，从而提高ZnO量子点的导电性和光电性能。

3 化学稳定性

ZnO量子点在不同溶剂中展现出良好的化学稳定性，尤其是在有机溶剂和水溶液中。其表面可以通过配体交换或聚合物包覆进行修饰，从而进一步提高其稳定性和分散性。此外，ZnO量子点在光照和化学反应条件下也表现出较高的稳定性，使其适用于多种应用场景。

ZnO量子点的合成与表面修饰

1 合成方法

ZnO量子点的合成方法主要包括热分解法、水热法、溶胶-凝胶法及超声化学法等。热分解法通过高温裂解锌前驱体生成ZnO量子点，产物粒径小、分散性好，但需高温条件；水热法在高温高压下合成，环保性较好；溶胶-凝胶法通过金属醇盐水解缩聚生成ZnO前体，再经热处理形成量子点，制备过程简单、成本低；超声化学法利用空化效应促进成核，能耗低、均一性好。

2 表面修饰

ZnO量子点的表面修饰是提升其性能与应用范围的关键。通过引入长链羧酸、胺类等配体，可增强其油溶性或水溶性，并减少表面缺陷态密度，提高发光效率。例如，油酸修饰的ZnO量子点在油相中稳定分散，适用于柔性电子器件；巯基乙酸修饰的ZnO量子点则可转为水溶性，用于生物成像与药物递送。此外，核壳结构（如ZnO/SiO₂、ZnO/ZnS）的构建可进一步钝化表面缺陷，提升量子点的稳定性与发光性能。

ZnO量子点的创新应用

1 光电器件

ZnO量子点在光电器件领域展现出巨大潜力。作为量子点发光二极管（QLED）的电子传输层（ETL），ZnO量子点具有高电子迁移率、合适的能级及固有稳定性，可提升器件效率。例如，通过掺杂有机小分子（如LiQ、TPBi）调节ZnO的电子结构，可平衡电荷注入，抑制界面激子猝灭，使QLED的外量子效率（EQE）提升。

2 生物医学

ZnO量子点在生物医学领域的应用主要包括生物成像与纳米载药。其荧光性能良好，可作为纳米荧光探针应用于细胞成像与动物成像。通过表面修饰（如PEG化），可提高ZnO量子点的生物相容性，降低细胞有害性。此外，ZnO量子点还可作为纳米载药剂，用于药物包覆与释放控制。其特殊结构与表面性质可提高药物的包覆效率，并在药物释放后快速降解排出体外，减少副作用。

3 能源存储

ZnO量子点在能源存储领域展现出独特优势。作为锂电池负极材料，ZnO量子点具有高比表面积与丰富的锂离子存储位点，可提升电池的容量与循环稳定性。

4 环境催化

ZnO量子点在环境催化领域具有广泛应用。其高比表面积与表面活性位点使其成为光催化剂，可在可见光下分解有机污染物（如亚甲基蓝），降解率达90%以上。此外，ZnO量子点还可用于气体传感器，通过检测周围气氛中气体成分的变化引起电学性能（如电阻）的变化，实现对气体的检测与定量测定。