碳点（CDs）作为碳基纳米材料家族中的新成员,因其固有的多重优势（如,低毒性、高生物相容性、发光波长可调节性以及结构多样性等）,在生物医学、催化、物理、材料科学及环境工程领域已展现出广阔的应用前景。目前,关于CDs的研究迅速发展;同时,CDs在制备方法、结构、性质以及应用等方面的研究也表现出多元性。多样化合成路线、丰富的性质、复杂的结构、多元化的研究视角在快速推进CDs领域迅速发展的同时,也带来了针对大量庞杂的实验数据理解分析的新挑战。现阶段机器学习（ML）技术发展迅速,已进化成多学科交叉的领域;它已成为分析庞杂实验数据,并通过模型训练可以实现条件优化和性质预测的有效方法之一。本论文正是在ML的辅助下,针对CDs的制备与性质设计开展了一系列的研究。主要工作集中于ML辅助下开展的CDs的可控合成,荧光和电致发光（EL）性质,三阶非线性光学（NLO）效应以及C-H选择性催化氧化活性研究。特别是,在ML辅助下开展了以CDs为活性发光层的一系列发光二极管（LEDs）的设计和性能优化;精确预测和制备出具有类聚抗坏血酸结构的CDs,并以此为均相催化剂,实现了环己烷一步高效催化氧化直接制备己二酸（AA）的实验过程。本论文的研究工作主要包括以下几个方面:1.通过改变溶剂热法实验反应参数来精确调控CDs的尺寸以及表面基团,成功的制备了紫光、纯蓝光、绿光和橙光发射CDs。这些CDs表现出不弱于金属量子点的荧光发射性能。随后,借助于ML对于未知实验条件的探索能力,通过混合蓝色、橙色和绿色荧光CDs,实现了荧光相关色温（PL CCT）可调节的白光发射CDs的可控合成。2.基于紫光、纯蓝光、绿光和橙光发射CDs的超强荧光发射性能,以它们为LEDs的活性发光层分别制备了紫光、纯蓝光、绿光和橙光发射CDs基LEDs（CDs LEDs）。这些器件不仅展现了超强的EL性能,而且都拥有极好的稳定性。同时基于PL CCT可调节的白光发射CDs,使用人工神经网络（ANN）探究了 PLCCT和器件电致发光相关色温（EL CCT）的变化规律,实现了从冷色温到暖色温正白光发射CDs LEDs的可控制备。3.使用传统的电化学刻蚀石墨棒法合成的CDs作为前驱体。通过多种改性手段对其表面官能团改性,制备了具有不同表面端羟基含量的CDs;通过高温热处理的方法制备了高碳核结晶度的CDs。然后将这一系列的CDs分别作为催化剂催化氧化环己烷,它们均表现出极高的催化活性,并实现了高效催化氧化环己烷一步合成AA的实验过程。密度泛函数理论（DFT）和相关对比试验证明表面含有大量羟基或者具有较高碳核结晶度的CDs均有利于高效催化氧化环己烷一步合成AA。4.利用ML训练了大量的环己烷催化氧化实验数据,精确预测了能够高效催化氧化环己烷的非金属碳基催化剂结构,并以此为辅助指导,设计合成了类聚抗坏血酸结构CDs,用于高效催化氧化环己烷。该CDs易溶于大部分溶剂,因此将它溶于丙酮中作为均相催化剂,在均相体系中实现了环己烷到AA的一步高效选择性氧化。另外,该CDs对其它类型的C-H催化氧化的实验结果,均表现出较高的催化活性。最后,我们还设计并搭建了结合均相催化和相转移过程的连续均相催化反应装置,应用于实现连续均相催化氧化环己烷合成AA的准量产过程。5.通过水热法合成了一系列具有三阶NLO效应的CDs。利用ML探索CDs的合成条件相关参数和三阶NLO极化系数（χ（3））之间的变化规律,准确地抓取到影响χ（3）变化的主要条件是合成时间和合成温度。并借助于ML自适应探索未知反应条件的能力,实现了χ（3）可调节的CDs的可控合成。同时,通过增加入射激光能量来观察CDs的三阶NLO响应,发现CDs具有三阶NLO转化性质。