碳点具有生物相容性优异、水溶性好、光稳定性强、成本低等优点,是纳米荧光材料领域的研究热点之一,但是目前存在荧光量子效率低（PLQY）、制备过程复杂、发光区域局限以及固态荧光淬灭等问题,限制了其进一步的发展和应用。因此本论文以碳点为研究对象,围绕其合成、性质及应用展开研究。在合成方面,均采用简单、便于实现的一步水热法,通过调控碳源、反应条件（温度、浓度、时间）和溶剂体系等一系列变量,最终成功制备出高量子效率的蓝光碳点、覆盖整个可见光波段的碳点以及荧光不淬灭的固态碳点荧光粉,解决了上述问题。性质研究方面,通过研究碳点的组分、微观结构、官能团、光学性能及发光机理之间的关联,为解决碳点在相关领域的应用提供基础。在应用方面,探索了碳点在生物荧光成像探针、荧光/核磁共振双模成像探针、离子检测探针、荧光墨水和白色发光二极管（WLED）领域的应用。主要研究内容如下:1.采用麦片和芝麻两种不同的生物质碳源,通过优化麦片和芝麻的浓度、水热反应的温度和时间,制备了PLQY分别为37.4%和48.5%的蓝光碳点,它们均具有优异的光稳定性和生物相容性,并取得了理想的荧光成像效果;此外,由芝麻制备的碳点还可用作高灵敏度Fe³⁺检测探针和荧光墨水。2.采用化学计量比确定的柠檬酸为碳源、二乙烯三胺（DETA）为钝化剂和氮源、GdCl₃为Gd源,通过优化DETA和GdCl₃的浓度、反应温度和时间,制备了PLQY高达69.86%的钆掺杂碳点（Gd-CDs）。Gd的引入在提高碳点光学性能的同时,赋予了其高达14.33 mM^-1 s^-1纵向弛豫率,为同等测试条件下,商业造影剂钆喷酸葡胺的3.18倍(4.5 mM^-1 s^-1)。Gd-CDs是一种理想的荧光/核磁共振双模探针,在生物学领域具有很好的应用前景。3.分别采用同分异构体的邻、间、对苯二胺为碳源,通过优化苯二胺的种类、水热反应的温度、时间及溶剂体系（水/乙醇）获得发光覆盖整个可见光波段的蓝、绿、黄、橙和红光碳点,PLQY分别为22.48%、39.75%、15.1%、30.28%和14.9%。通过对5种碳点的元素和物相组成、微观结构、官能团及荧光性能的系统研究,揭示其发光机理是碳核态和表面态的协同作用。最后,合成的蓝光和绿光碳点分别实现了对Cr⁶⁺和Al³⁺离子的高灵敏度检测,检测极限可达5.4μg/L和0.09 mg/L;PLQY较高的橙光碳点可用作荧光成像探针,成功标定HeLa细胞。4.采用水溶性的淀粉做为基质,将其均匀分散在黄光碳点溶液中,依靠二者之间的物理和化学吸附,成功制备了荧光不淬灭的固态碳点荧光粉。优化出淀粉和碳点的质量比为50:1时,其PLQY高达66.9%。通过对碳点荧光粉的组成、结构和荧光特性的系统研究,揭示了碳点和淀粉的结合方式为核壳式的包覆结构,碳点在淀粉表面的吸附有效避免了其转换为固体时的团聚现象,进而解决了固态时荧光淬灭的问题。最后,将其与蓝光芯片封装在一起,成功制备出显色指数为79.7、光效为39.76 lm/W、色温为8976 K、色坐标为（0.2817,0.3095）的WLED器件。