ZnO量子点作为II-VI族半导体材料，因其量子限域效应和良好的生物相容性，在发光二极管（LED）、太阳能电池及生物成像等领域展现出潜力。然而，ZnO表面存在大量本征缺陷（如氧空位Vo、锌间隙Zni、氧填隙Oi等），这些缺陷作为非辐射复合中心，导致量子产率（PLQY）通常低，严重制约了其实际应用。表面修饰通过引入功能性分子或材料，可有效调控缺陷态的分布与能级结构，从而优化发光性能。

ZnO量子点的缺陷态类型与形成机制

1 本征缺陷态分类

施主型缺陷：

氧空位（Vo）：缺失一个氧原子后，留下两个电子，形成浅施主能级（Ec-0.05 eV），导致n型导电性；

锌间隙（Zni）：额外锌原子占据间隙位置，提供两个电子，能级位于Ec-0.3 eV。

受主型缺陷：

锌空位（VZn）：缺失一个锌原子，形成深受主能级（Ev+0.9 eV）；

氧填隙（Oi）：额外氧原子占据间隙位置，能级位于Ev+0.4 eV。

2 缺陷态对发光的影响

紫外发射（380-400 nm）：源于近带边（NBE）激子复合，受表面缺陷影响较小；

可见发射（450-650 nm）：主要由缺陷态相关复合主导：

绿光发射（520-550 nm）：归因于Vo与价带顶（VBM）间的电子跃迁；

黄光发射（570-600 nm）：与Zni或VZn相关；

红光发射（620-650 nm）：源于深能级缺陷（如Oi）的复合。

3 缺陷态的表征技术

光致发光光谱（PL）：通过峰位、强度及半高宽（FWHM）分析缺陷类型与浓度；

电子顺磁共振（EPR）：检测未配对电子（如Vo中的d¹电子），确定缺陷化学态；

X射线光电子能谱（XPS）：分析表面元素价态（如Zn²⁺/Zn⁺、O²⁻/O⁻），揭示缺陷化学环境。

表面修饰对缺陷态的调控策略

1 有机配体修饰：钝化表面悬键

原理：有机分子（如油酸、硫醇）通过化学键合（如-COO⁻与Zn²⁺配位）覆盖表面，减少悬键密度，抑制非辐射复合。

2 无机包覆：构建核壳异质结构

原理：通过沉积宽带隙材料（如SiO₂、Al₂O₃）形成物理屏障，隔离ZnO表面与外界环境，减少缺陷形成。

3 掺杂改性：引入新缺陷态

原理：通过掺杂非金属（N、C）或金属（Mn、Eu）元素，在ZnO带隙中引入杂质能级，调控发光波长与效率。

表面修饰对缺陷态的影响

表面修饰能够改变ZnO量子点表面的化学组成和价态

例如，有机配体修饰后的ZnO量子点表面出现了C、N等元素的特征峰，表明有机配体成功接枝到量子点表面。无机纳米颗粒复合后的ZnO量子点表面出现了Si、Ti等元素的特征峰，表明无机纳米颗粒成功包覆在量子点表面。金属离子掺杂后的ZnO量子点表面出现了Mn、Cu等元素的特征峰，表明金属离子成功掺杂到量子点晶格中。

表面修饰对发光特性的影响

表面修饰能够改变ZnO量子点的吸收特性。有机配体修饰后的ZnO量子点吸收峰红移，表明其带隙结构发生变化。无机纳米颗粒复合后的ZnO量子点吸收峰强度增加，表明其吸收能力增强。金属离子掺杂后的ZnO量子点吸收峰位置和强度变化较小，但吸收带宽增加。