▎導讀

隨著納米技術的飛速發展，各種類型的硫納米材料應運而生，其中包括硫納米顆粒、硫量子點以及具有雜化結構的含硫納米復合物。作為一種新興的“零維”納米發光材料，硫量子點憑借其光致發光性能、低毒性以及便捷的制備過程等特性，在光學傳感領域展現出了極為重要的應用潛力，并正日益受到學者們的廣泛關注。

近日，贛南醫科大學的黃啟同教授課題組在《發光學報》上發表了一篇綜述文章，題為“硫量子點的合成及其在光學傳感中的應用”。該文章主要探討了硫量子點的合成方法，并深入討論了基于硫量子點的光學傳感器在環境污染物及生物小分子檢測方面的實際應用。最后，作者對硫量子點在光學傳感器應用中所面臨的挑戰進行了總結，并對硫量子點的未來發展前景進行了展望。

1、引言

硫量子點（Sulfur quantum dots）作為一類新型的“零維”發光納米材料，其直徑通常小于10 nm。由于硫量子點具有較為優異的光致發光性能、良好的生物相容性、前驅體來源豐富等特點，使其在多個領域都展現出巨大的應用潛力。例如，在細胞成像、抗菌治療、發光器件制造以及光催化等方面，特別是在光學傳感領域，硫量子點可用于檢測各種生物分子和化學物質，為生物醫學、環境監測等領域提供了新的解決方案，展現出廣闊的應用前景。圖1總結了近年來硫量子點的文章發表情況。

圖1：2019年1月1日至2024年6月20日關于硫量子點研究發表文章情況

本文主要綜述了硫量子點的合成方法及其作為傳感材料在光學傳感應用中的新進展，總結了硫量子點在環境污染物（金屬離子、有機污染物）和生物分子等檢測中的應用，并深入探討了硫量子點在傳感領域中面臨的挑戰與未來的發展前景（圖2）。該文章將有助于推動硫量子點在光學傳感領域的進一步發展和應用，并為相關領域的研究提供有利的參考和啟示。

圖2：硫量子點的合成方法及其應用

2. 硫量子點的合成

長期以來，研究人員致力于通過表面修飾和合成方法的優化實現對硫量子點功能的改變，以滿足對特定分析物的檢測需求。對于硫量子點而言，合成策略和鈍化劑的選擇對其物理化學性質，包括尺寸、熒光特性、量子產率和穩定性等，具有顯著影響。到目前為止，硫量子點的制備方法主要包括過氧化氫輔助合成法、水熱法、氧加速合成法和組裝裂變法等。所制備的硫量子點通常由硫聚合物核心和豐富的表面官能團構成，這些表面官能團不僅增加了硫量子點的功能化和溶解性，還賦予了硫量子點穩定且可調的光學特性。再者，硫量子點的光致發光特性為傳感應用提供了可能。熒光猝滅和熒光能量共振轉移等熒光系統中重要的過程為硫量子點在傳感領域明確了應用方向，使其有望發展成為硫基發光材料和熒光傳感器，為在光學傳感應用中提供了便捷途徑。

3. 硫量子點在光學傳感技術中的應用

3.1 硫量子點作為傳感材料在檢測環境污染物中的應用

本部分主要總結了近年來硫量子點在環境污染物（金屬離子、有機污染物）的檢測應用。盡管硫量子點作為探針材料在金屬離子的檢測中得到了廣泛的應用，但目前所檢測的金屬離子主要局限于鐵離子、鉻離子和鈷離子，針對其他金屬離子的檢測相對較少。另外，目前硫量子點在有機污染物熒光傳感器中的應用也相對較少。為了進一步擴大硫量子點的檢測應用范圍，未來需要探索更多基于硫量子點的其他金屬離子檢測方法。

3.2 硫量子點作為傳感材料在檢測生物分子中的應用

本部分主要總結了近年來硫量子點在生物分子中的檢測成果。雖然硫量子點在生物分子檢測領域已經取得了一定的進展，但仍面臨著熒光穩定性不足等挑戰。今后需要進一步優化硫量子點的合成方法，提高其熒光穩定性和檢測靈敏度，同時探索更多基于熒光波長偏移的硫量子點熒光探針，以拓展其在生物分子檢測領域的應用范圍。

4. 總結與展望

本文總結了近幾年關于硫量子點在環境污染物（金屬離子、有機污染物）和生物分子檢測等領域中作為光學傳感材料的應用進展。然而，目前該領域仍面臨諸多挑戰與亟待解決問題，具體而言主要包括：（1）硫量子點水溶液發光效率低，而制備成粉末時又存在因聚集而導致熒光猝滅的問題。因此，如何提升硫量子點在不同狀態下的發光效率及光穩定性，對于拓展其應用范圍具有重要意義。（2）不同前驅體以及不同合成方法所制備的硫量子點的發光機理也尚待明確，探明發光機理將有助于指導合成方法及探尋新的應用。（3）硫量子點的合成過程耗時且涉及有害物質，這在一定程度上限制了其應用。因此，開發綠色、高效的硫量子點合成方法顯得尤為迫切。（4）盡管研究人員已利用硫量子點的光學性質將其應用于傳感等領域，但其傳感機制仍有待進一步探究。（5）硫量子點復合材料可有效提升光學傳感器的性能，因此，探索更多能夠增強硫量子點性能的材料也是當前的研究重點之一。（6）如何實現基于硫量子點光學傳感器的產業化也是目前面臨的難點之一。

總之，硫量子點是一種具有巨大應用潛力的納米材料，通過對其基本性質的深入探索和性能的不斷改進，有望為純元素量子點家族開辟更多研究領域，并提供更為廣闊的發展機遇。

▎論文信息

廖靜, 劉承昊, 朱云霄, 馬小明, 南欣茹, 雷巧雯, 張漢強*, 黃啟同*, 林小鳳*. 硫量子點的合成及其在光學傳感中的應用[J]. 發光學報, 2024, 45(09): 1431-1444. DOI: 10.37188/CJL.20240146.

https://cjl.lightpublishing.cn/zh/article/doi/10.37188/CJL.20240146/