石墨烯量子点(GQDs)，是一种兼具石墨烯和碳点(CDs)性质的零维纳米材料，可以被看成是小片层的石墨烯。当将二维的石墨烯片层转化为零维的GQDs，类似CDs，由于量子限域效应和边缘效应，GQDs表现出一些新的性质:与传统的有机染料和半导体量子点不同，GQDs具有良好的发光稳定性以对抗光漂白和光闪烁的特点;同时，它还具有良好的生物兼容性和低的毒性;与CDs不同，GQDs具有明确的石墨烯的结构，使其同时具有一些石墨烯的性质。基于上述原因，GQDs在问世以来的短短几年内，受到了化学、材料、物理和生物领域研究者们的广泛关注。　　本论文合成了一系列表面功能化的GQDs，并探索了光化学还原的GQDs和氟化GQDs在细胞成像领域以及氨基化GQDs在Cu2+传感器中的应用。同时我们还研究了GQDs作为过氧化物酶模拟物的催化机理和其过氧化物酶活性在抗菌领域的应用。取得的成果概括如下:　　1.通过异丙醇光化学还原简单绿色的制备了蓝色荧光的石墨烯量子点。光化学还原后，pGQDs中增加的sp2碳和形成的羟基能够增强GQDs的发光。得到的pGQDs在440 nm附近发射强的蓝色荧光并相比于gGQDs，其荧光量子产率提高了3.7倍（约8.8％）。由于比化学还原的石墨烯量子点(cGQDs)含有更少的表面负电荷和更低的毒性，pGQDs更容易被A549细胞内吞，表现出更好的细胞成像效果。我们的工作表明光化学还原方法能够用来增强GQDs的量子产率且使GQDs拥有令人满意的生物相容性。　　2.我们报道一种水热处理的石墨烯量子点，其作为荧光探针可用于Cu2+的检测。用氨水水热处理后，原来低量子产率的黄绿色荧光石墨烯量子点(gGQDs，量子产率，2.5％)转变为高量子产率的氨基化石墨烯量子点（afGQDs，量子产率，16.4％）。相比于其他的过渡金属离子，Cu2+与 afGQDs表面的N、O原子有更强的结合力以及更快的螯合动力学，因此afGQDs比gGQDs对Cu2+的选择性更高。此外，afGQDs的生物相容性好，生态环境友好，并且由于其带正电，更容易被细胞内吞，这使得afGQDs能用于细胞内Cu2+的检测。该策略设计简单，经济，并且可以方便地混合检测，而不需要染料修饰的寡核苷酸或者复杂的化学修饰。　　3.我们联合使用微波辅助技术和水热法提出了一个新的GQDs自上而下合成方法。该法能够有效提高石墨烯量子点(GQDs)的产率。通过使用氟化的石墨烯(FGO)为原材料，我们制备了氟化的和非氟化的石墨烯量子点。而且，对于氟化的量子点，通过氟形成的保护层能够有效提高其光致发光和强吸电子基团的pH稳定性。另外，氟基团能够减少芳香结构的π电子密度，从而抑制光照时单线态氧的产生，来提高其光稳定性。因此，我们制备的氟化GQDs具有优秀的光/pH稳定性，非常适合用于长时间的细胞成像。　　4.以GQDs为例，研究了碳纳米材料过氧化物酶活性产生的原因。我们选择三种能特异性与GQDs表面的酮羰基，羟基与羧基基团发生化学反应的化合物PH，BA和BrPE与GQDs的反应，合成了三种GQD衍生物。通过测定不同GQDs的酶动力学参数与理论研究，我们发现，类似于天然的过氧化物酶，在GQDs中，-C=O基团是其催化活性位点，O=C-O-基团为其底物结合位点。-C-OH基团的存在会抑制GQDs的催化活性。对GQDs表面典型的含氧官能团(-C=O，-C-OH和O=C-O-)在催化过氧化物酶类似反应中不同作用的研究增加了对GQDs乃至纳米碳材料酶活性来源与本质的理解。该工作可以为理解基于纳米碳材料的人工酶提供新的视角，并促进其他目标特异性人工酶的设计与构造。　　5.基于GQDs良好的生物相容性和过氧化物酶活性，我们设计了一个由生物安全的碳材料GQDs和少量的H2O2组成的抗菌体系。GQDs的过氧化物酶活性源于其催化H2O2产生·OH。因为·OH有较H2O2高的抗菌活性，因此将H2O2转换成·OH可以提高H2O2的抗菌能力，进而避免高浓度H2O2用于伤口消毒时产生的毒性。所有的体外实验表明GQDs固有的过氧化物酶活性可以增强H2O2的抗菌活性，并且该体系对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）具有广谱抗菌性。更重要的是，基于该抗菌体系我们制备了GQDs创可贴并将其应用于小鼠伤口的消毒。活体实验证实，在低剂量的H2O2辅助下，GQDs表现出优越的抗菌性能，显示出实际应用的潜力。