荧光碳点（CDs）是一类新兴的零维碳基纳米材料。CDs具有卓越的光学性质,低细胞毒性,良好的水溶性及生物相容性,已被广泛地用于生物和化学传感、生物成像、药物传输和光催化等诸多领域。近期的研究表明,杂原子的掺杂能够有效地调节荧光CDs的表面态结构和组成,从而改变CDs的光学性能。本文通过文献调研筛选出合适的原材料,使用水热/溶剂热法成功合成具有不同特性的杂原子掺杂的CDs,对CDs的发光性质、形成机制、形貌特征及稳定性进行研究;并且考察了其在金属离子检测、细胞成像、斑马鱼成像及发光二极管中的应用。论文的主要内容概括为如下三个部分:（1）合成用于Hg²⁺检测和细胞成像的双波长荧光发射的氮掺杂碳点以柠檬酸铁铵和尿素为原材料,通过简单的一锅溶剂热法合成了具有双波长荧光发射、高光致发光的氮掺杂碳点（N-CDs）。N-CDs具有明亮的蓝色荧光（发光中心集中在450 nm,量子产率为36.2%）和绿色荧光（发光中心集中在530 nm,量子产率为47.6%）。N-CDs独特的双发射性质归因于碳点表面丰富的亲水官能团之间的协同效应。N-CDs的含氮量为32.81 wt.%,生物相容性好,细胞毒性低;在不同的pH值、离子强度和温度下,N-CDs表现出良好的光致发光稳定性。此外,N-CDs能够灵敏地、选择性地检测Hg²⁺,并被应用于细胞成像中。（2）合成红光发射的碳点用于贵金属离子(Pt²⁺、Au³⁺和Pd²⁺)的传感及其在细胞和斑马鱼体内的应用红光发射的碳点（R-CDs）具有良好的组织穿透力和较小的生物组织光损伤等优点。以柠檬酸和中性红作为原材料通过简单的一锅水热法合成了具有红光发射的碳点,无论在水溶液中还是在固体状态下,碳点都发出红色荧光。R-CDs水溶液的荧光量子产率为12.1%,具有良好的抗光漂白能力和较低的细胞毒性。合成的R-CDs作为荧光探针可用于检测Pt²⁺、Au³⁺和Pd²⁺。此外,R-CDs具有良好的生物相容性,被成功地用于在PC12细胞和斑马鱼中的生物成像和贵金属离子生物传感。（3）一锅法合成亲水、亲有机溶剂的碳点及它们在生物传感Au³⁺和白色发光二极管中的应用选取亚甲基蓝和硫酸为原材料,乙醇作为溶剂,通过简单的一步溶剂热法同时合成了亲水和亲有机溶剂的碳点（HCDs和OCDs）。合成的HCDs和OCDs分别溶于蒸馏水和乙醇中,在365 nm的紫外光照下显示出明亮的白色和蓝色荧光,它们的荧光量子产率分别为16.5%和21.1%。表面官能团的不同导致了两种碳点的荧光表现和溶解性的差异。HCDs可作为荧光探针高选择性地检测Au³⁺。同时,HCDs具有很好的生物相容性,被成功地用于PC12细胞中生物成像和生物传感Au³⁺。又因为HCDs的独特发光特性,可应用于制备白色发光二极管。