碳点（CDs）作为一种新的碳纳米材料,因为其优异的光学性质、水溶性、生物相容性、化学及物理稳定性和易于修饰等优势,近些年来受到各个领域的广泛关注。正因为其在多个方面,如生物医药、催化、光电等,应用潜力巨大,开发和改进碳点的合成,一直是人们乐于研究的热点。然而,由于合成材料和方法的原因,大多数时候,人们无法解析碳点结构,进而难以获得碳点确切的荧光机理,难以提高其荧光量子产率。同时,尽管人们提出了各种合成多色荧光碳点的方法,但是这些方法要么耗时长久,要么合成条件苛刻,因此应用成本高,大规模应用受限。本论文首先使用了L-天冬酰胺为原料,通过微波合成法,快速合成了一种蓝色荧光碳点（A-CDs）。利用合成原料的结构已知且简单,结合多种表征手段,A-CDs的可能结构被提出。然后,结合A-CDs可能结构和荧光寿命结果,可以确定A-CDs的荧光源于本征态发射和缺陷态发射。最后,我们发现生物相容性极好的A-CDs在长时间的细胞成像方面具有应用潜力。同时,为了通过微波法获得发射波长更长的荧光碳点,我们接下来尝试了以D-果糖和NH4HCO3为原料,合成了另一种碳点（F-CDs）。F-CDs具有浓度依赖的多色荧光,即随着浓度的增加,F-CDs的最大荧光发射波长会红移。当F-CDs浓度从20μg/mL增加至2mg/mL时,其最大发射波长从404nm红移至583nm,覆盖了蓝紫光区至橙红光区。通过系列表征,确定了F-CDs是由类石墨内核和丰富的表面官能团组成。结合透射电子显微镜（TEM）,浓度增加导致的F-CDs在水溶液中聚集状态的改变得到研究。再结合荧光寿命研究,发现了浓度增加使F-CDs最大发射波长红移的主要原因,是新的低能量能级的出现和碳-碳共轭区域的增加。最后,我们成功将F-CDs应用于多色荧光墨水和多通道、多色细胞成像方面。本论文对微波法快速合成碳点,及其结构与性质研究,荧光机理分析,和应用方面有重要指导意义。本论文主要分为以下四章:第一章:本章对碳点的物理化学性质、荧光机理讨论、合成方法和主要应用,尤其是生物医药方面的应用,进行了较为详细的介绍。第二章:以L-天冬酰胺为前体,微波法15 min,快速合成了氮掺杂蓝色荧光碳点（A-CDs）。合成的A-CDs呈单分散、准球形,粒径为2.17±0.70nm,具有明显的晶格结构,证明不具有碳-碳共轭结构的小分子,通过微波合成能形成具有类石墨内核的碳点。结合一系列表征,我们提出了A-CDs的可能结构。结合提出的可能结构和荧光寿命,我们认为A-CDs的荧光来源于本征态发射和缺陷态发射。而且,A-CDs荧光稳定性好,即使是在高浓度盐离子条件下,也能维持荧光稳定性。A-CDs细胞毒性低、生物相容性好,800μg/mL A-CDs与He La共孵育24 h条件下对细胞形态无明显影响,且依然在细胞质中发出明亮蓝光,表明其在长时间细胞成像方面有应用潜力。第三章:为了获得发射波长更长的荧光碳点,本章中,我们以D-果糖和NH4HCO3为原料,合成了一种多色荧光碳点（F-CDs）。研究发现,仅通过调节浓度,F-CDs的最佳发射波长可以从404nm调节到583nm,波长范围跨越蓝紫光区至橙红光区。此外,F-CDs的sp~2碳核以及丰富的表面官能团为其浓度依赖的多色荧光提供了基础。TEM结果显示,浓度增加导致了F-CDs聚集,并且结合荧光寿命结果,F-CDs浓度依赖的多色荧光,与聚集过程中新的低能量能级产生,以及碳-碳共轭区域增加有关。而其荧光强度得以保持的原因,则类似于交联增强发射效应（CEE）。同时,F-CDs荧光稳定性强且生物相容性好,在多色荧光墨水以及多通道、多色细胞成像方面有应用优势。第四章:总结与展望。