三维碳纳米材料（3D Carbon Nanomaterials,3D CNMs）由于其优异的电学光学、磁学性能而受到人们的关注。三维碳纳米材料通常是由多种碳纳米材料组合在一起形成的系统,其复杂的组分给材料带来了大量的边界和表面缺陷,这给三维碳纳米材料带来了独特的应用优势。但是关于三维碳纳米材料的研究多集中在电学领域,尤其是上转换发光的三维碳纳米材料鲜有报道。碳点（Carbon Dots,CDs）作为最新发现的零维碳纳米材料,在近十年引起了广泛的关注。碳点不仅具有跟传统荧光材料媲美的荧光性能,同时继承了碳基材料低毒性、成本低廉和生物相容性好等优势,还具有独特的易于表明功能化和光稳定性好的优势,这使得碳点在生物成像、光催化、光电器件、传感等领域展现出了广阔的应用前景。碳点的发光机理没有统一的解释,同时固态碳点的发光性能大大受到了聚集诱导荧光猝灭的限制,这两点成为了碳点走向实用化的最大难题。基于以上几点,本文的工作围绕着上转换发光的三维碳纳米材料和高效发光的固态碳点展开。本文的具体研究内容如下:1.以聚苯乙烯（Polystyrene,PS）为原材料,采用激光消融法,合成了三维碳纳米材料。通过对碳纳米材料的结构、化学表征,我们推测三维碳纳米材料主要是由碳纳米片,多壁碳纳米管和碳点三个组分构成,结合三维碳纳米材料的发光特性,探究了三维碳纳米材料的发光机理。三维碳纳米材料同时具有下转换和上转换发光特性,且两种发光并不来源于同一种发光中心,其中上转换发光还展现出了波长独立性的白光发射。进一步将三维碳纳米材料应用于随机激光器,实现了上转换随机激光发射,得到了白光激光。2.开发了一种实现碳点高效固态发光的方案。直接在聚苯乙烯基体中合成碳点,使得碳点能均匀分散在具体中而不聚集,从而实现高效的固态发光。采用高温热分解法一步合成碳点/聚苯乙烯复合材料（CDs/PS Composites）,探究了复合材料的结构成分和光学性质,进一步分析了复合材料的发光机理。结果表明,碳点尺寸分布在2-6 nm,分散性良好,表面含有大量的含氧官能团,这是给碳点带来荧光特性的主要因素。通过控制反应温度、时长和碳点浓度,实现了复合材料固态发光的调控。3.将碳点/聚苯乙烯复合材料加工成为光学元件,应用于荧光纤维和激光装置领域,荧光纤维展现出了优异的稳定性和强烈的荧光性能。将光学元件直接应用于激光谐振腔,观测到了随机激光的发射。