近些年来,碳点（CDs）作为一种新型的纳米发光材料,以其优异的光学特性、易于制备、毒性较低、发光颜色多样性和良好的生物相容性而受到人们的普遍关注。由于这些独特的优势,CDs在荧光传感器、信息存储及防伪、药物递送、生物成像、催化和癌症治疗等领域有着广泛的应用。本论文中我们使用水热法/溶剂热法制备了不同颜色的荧光碳点,然后对其发光性能、微观特征及稳定性进行了详细的研究分析,并且将这些碳点体系应用于金属离子、氨基酸以及环境中亚硝酸盐离子的检测、生物成像以及信息加密与防伪等领域。本论文主要研究内容概述如下:第一章:简要概述碳点的现状研究和潜在应用。首先介绍了CDs的几种常见制备方法,其次重点分析CDs的光学性质,调研了碳点潜在的应用价值。基于以上调研内容,提出了本论文的选题与课题设计。第二章:近年来,基于荧光CDs可构筑有效离子或小分子纳米传感器受到了人们越来越多的关注。在此,我们通过溶剂热法设计了一种氮/磷共掺杂的碳量子点（PNCQDs）,其呈现高效绿色荧光发射（荧光效率:18.9%）。所制备的PNCQDs具有良好的光稳定性、低毒性和良好的生物相容性。此外,PNCQDs对亚硝酸盐离子的检测有着较高的选择性,其荧光淬灭与亚硝酸盐离子浓度有着良好的线性拟合关系,最低检出限低至3.3 n M。同时,PNCQDs能作为检测亚硝酸盐的纳米荧光探针在细胞成像方面得到有效应用,并且在生物学相关研究中具有潜在的应用价值。第三章:本章研究我们以2,3-二氨基吡啶作为碳源,通过简单的溶剂热法制备了高荧光效率的NCDs（QY=21%）。NCDs在水溶液中表现出高的稳定性和绿色荧光发射,同时在当激发波长处于438 nm最佳激发时,其最佳发射波长位于508 nm处。基于所制备的NCDs可应用于检测水溶液中的亚硝酸盐离子,对NO2-离子表现出高选择性和高灵敏度,同时我们也详细研究了亚硝酸盐离子对NCDs荧光淬灭机理。此外,在实际样品亚硝酸盐离子回收率实验中,回收率在98%～103.5%范围之间波动,这表明所设计的NCDs纳米荧光探针可测定实际样品中亚硝酸盐离子的浓度。同时,由于此碳点纳米探针还具备着良好的生物相容性和低毒性,被成功应用于活细胞中亚硝酸盐离子可视化生物传感平台试验。第四章:铜离子和L-Cys在人体内各种病理和生理进程中一直起着重要作用,生物体系中的铜离子和L-Cys浓度异常都会导致多种疾病的发生。在本章中,我们设计了红色荧光发射的硅元素掺杂碳点,通过荧光的“on-off-on”双模式检测铜离子和L-半胱氨酸浓度。制备的Si-CDs不仅具有良好的光学特性,如抗光漂白稳定性和高度化学稳定性,而且还具有着良好的生物相容性。由于Si-CDs表面分布着丰富的氨基官能团,可以与环境中Cu2+结合形成铜胺配合物,然后此体系通过电子转移机制进程将Si-CDs的红色荧光完全淬灭。相对的是,在加入L-Cys后,由于L-Cys和铜离子有着更加强烈的相互作用,进而导致铜离子从碳点粒子表面逃逸,Si-CDs的红色荧光得到有效恢复。值得一提的是,此工作是第一个设计应用于铜离子和L-半胱氨酸双模式检测的红色荧光碳点体系,此体系还适用于实际样品如水样和人血浆样品中的铜离子和L-Cys浓度的检测。该方法能成功应用于生物系统中离子检测,在生物医学领域有着一定的实用性。第五章:碳点在构建无金属室温磷光材料方面受到了广泛的关注,但在水环境中开发一种磷光长寿命材料仍然是一个巨大挑战。在本章中,我们通过简单的水热法设计合成了一种氮元素掺杂的室温磷光N-CDs。之后,将碳点与三聚氰胺加热反应得到了一种具备高效室温磷光的N-CDs/MA纳米复合材料。进一步研究表明此纳米复合材料不仅在固态条件下有着超长的磷光寿命,而且在水环境中也表现出有效的蓝绿色室温磷光现象。此外,由于具备不同寻常的RTP特性,此纳米复合材料可以应用于双模式测定离子,同时还可以在防伪和信息加密领域有着一定的应用潜力。