近年来,碳点由于其优异的发光性能,低毒性和低成本等已广泛用于生物成像,全色显示和发光二极管(LEDs)等许多领域。在这些领域中碳点的主要问题之一是它很难实现高的荧光量子产率(QY),尤其是长波发射,这些问题都将限制其更广泛的应用。为了提高碳点的荧光量子产率,研究者们已经做出了很大的努力来优化实验条件,并且许多新的材料已经被用作合成碳点的原料。以前的研究表明,通过在碳点中引入氮,磷,硫,硼和其他元素可以显著改善碳点自身的量子产率。值得注意的是,获取具有长波长和多色发光的碳点仍然是很困难的。一些研究人员还利用表面态,尺寸控制,溶致效应,杂原子掺杂和能量转移来获得具有长波长和多色发射的碳点。此外,基于碳点的白光材料由于其在照明和显示器领域的广泛应用而近来受到高度关注。然而,如何实现单个碳点的高亮白光发射则是一个更大的技术挑战。由于需要繁琐的样品预处理,昂贵的仪器,精细操作和专业操作人员,一些传统的实验室仪器不能胜任现场分析测定,因此,设计新的便携式传感器迫在眉睫。在生物医学领域,细胞内pH的变化也在病理过程和各种生理学中起到了重要作用,例如早期癌症形成和调节细胞行为。然而,荧光探针应用于检测实际细胞内pH值时,其荧光强度的变化可能受许多参数的影响,例如探针本身的细胞毒性,染料的漂白,以及样品在生物系统中的溶解度和生物相容性。众所周知,长波长发射的碳点对于生物成像尤其重要,因为红色和近红外波长可以深入到组织中而不会损坏身体。此外,多色发光探针可以避免因荧光内标和蛋白质荧光干扰而造成的危害。因此,如何制备能够克服上述细胞内pH检测限制的长波发射荧光探针,特别是合成环境友好型的多功能碳点并将其应用于多色生物成像中仍然是一个巨大的挑战。本论文主要以含氮杂环的氨基邻菲罗啉分子作为碳源,在具有特殊结构和光学性质的碳点合成及应用方面开展系列研究工作。我们系统研究了所合成碳点的物理化学性质及发光机理,并将碳点应用于构筑白光LED以及新型荧光pH检测试纸,最后还将其拓展到细胞内pH检测以及细胞成像。本论文主要包括以下两部分工作:一、利用氨基邻菲罗啉(Aphen)和柠檬酸(CA)作为碳源,我们发展了简便的一锅水热法制备具有可控荧光的氮掺杂多核@壳结构碳点的新策略。这种特殊的多核@壳结构可以赋予碳点三原(红、绿、蓝)色荧光发射特性,我们探索了三种发射的起源和机理。此外,碳点具有明显的浓度效应,并且随着其浓度的增加,630 nm的红光发射明显增加,其最大量子产率可以达到67%,这是当时所报道的红光发射碳点的最高值。通过调节多核@壳结构碳点的激发和浓度,我们还可以实现单碳点的纯白光发射,量子产率为29%,同时这也是当时所报道的单碳点中纯白光发射的最高值。此外,所制备的多核@壳结构碳点作为荧光粉可用于构筑具有良好的抗光漂白性和温度稳定性的白光LED器件。二、制备表面具有Aphen部分的独特结构特征的多核壳结构碳点,该碳点的荧光发射带可以有效地通过实验条件来调节并且进一步显示出有趣的pH依赖性。受此想法的启发,我们在此提出了一种简便的方法来制备新型荧光pH试纸,该试纸可以通过剂量敏感的颜色变化来定性和定量地分析溶液,生物介质甚至自然界中水的pH值。同时,由于碳点具有低细胞毒性,良好的生物相容性和非凡的光稳定性,也可用于多色发射细胞成像。此外,多核壳结构碳点所具有的多色发光特性还为通过细胞成像进行细胞内的pH检测提供了一个新的平台。