碳点因其优异的光学特性、抗光漂白性、高电子传递效率、化学稳定性和低生物毒性而得到国内外科研工作者的青睐。随着合成手段和表征技术的不断完善,碳点在生物、能源、催化等多个领域都展现出很好的应用前景。目前,碳点的相关研究热点主要集中于两个方面:1)提出或改进合成方法,实现碳点特性的可控调制;2)进一步拓展碳点的应用领域。这两方面的推进不仅具有重要的科学研究意义,也有着诱人的现实应用价值。本论文提出以萘钠法合成碳点,研究该方法制备碳点的普适性与可控性,并探索碳点合成与特性的相关规律与机制。在此基础上,将所得碳点应用于增强微生物燃料电池产电,并揭示产电增强机理。提出合成高性能碳点的萘钠法,以乙腈为前驱体在室温条件下合成橙光发射碳点。透射电子显微镜、X射线光电子能谱测试揭示,所得碳点粒径均一（～2.6nm）,具有明显的晶格结构,主要成分为碳元素和氮元素。经配置积分球的荧光光谱仪进行检测,碳点橙色发光（～588 nm）具有激发非依赖性的特征和较窄的荧光半峰宽（～52 nm）,荧光量子产率（PLQY）达15%。采用瞬态吸收光谱（TA）对碳点的激发电子动力学过程进行研究。结合多种光谱技术揭示该碳点的橙色荧光主要归属于表面分子态发光。基于其优异的荧光特性,经吐温-20亲水性改性后的碳点在体内和体外荧光成像中均展现出优异性能。在以上研究基础上,对萘钠法合成碳点的普适性及该方法对于碳点性能的调控能力进行研究。首先,分别以苯甲腈、邻苯二甲腈为前驱体合成出红光发光的碳点（中心波长分别为～653 nm和～697 nm）。所得碳点粒径均匀,具有明显的晶格结构,主要由碳元素和氮元素组成,发光具有激发非依赖性和较窄的荧光半峰宽,PLQY分别为～6%和～28%。使用TA光谱和全球拟合计算阐明碳点的自陷态发光特性。萘钠法合成的长波长发光碳点被揭示有如下规律:前驱体为含有氰基的有机分子;合成碳点的反应温度随着含氰基前驱体分子量的增大而升高;含氰基前驱体分子的π共轭程度越大,所合成的碳点的发光越红移;碳点的氮掺杂含量越高,发光越红移。其次,选用胺类小分子水溶液为前驱体,合成发射光为蓝光的水相碳点。蓝光发射碳点同样尺寸均一,呈现出明显的晶格结构,但表面含有丰富的含氧基团,主要由碳元素和氧元素组成。对比研究发现,蓝光发射碳点表面含氧基团含量越大,其表面Zeta电势绝对值越大。为研究萘钠法所合成碳点在生物燃料电池中的应用,将水溶性最好的蓝光发射碳点应用在增强希瓦氏菌的生物产电系统中。所合成蓝光发射碳点具有优异的生物相容性,在所用样品浓度范围内,不会对希瓦氏菌造成损伤。以碳点喂养的希瓦氏菌具有大幅提升的微生物电化学池和微生物燃料电池的性能:最大电流值可提升～6.3倍;最大输出功率可提升～5.5倍。低温电子断层扫描结果表明碳点可以被细菌有效摄取,可以广泛分布于细胞内部、细胞外膜及细胞表面,还可以与细菌的蛋白/酶/多肽等作用形成更大的聚集体团簇结构。电化学特性研究表明,碳点不仅可增强细菌的跨膜和膜外电子转移,甚至可以修复由于缺乏细胞色素C而使电子转移链受损的突变菌的电荷转移能力。碳点与细菌的结合有效地增强细菌的新陈代谢水平,表现在明显增加的内电子产生、三磷酸腺苷水平、黄素的分泌、生物膜的形成。此外,模拟电极的带电表面动态和静态吸附实验表明,碳点表面的含氧官能团可提升细菌的电负性,从而增加细菌在阳极上的吸附量。不同碳点作用效果的对比研究表明,碳点表面所带电荷越大,增强生物产电效果越明显。