碳点由于其低成本、水溶性、低毒、表面改性的灵活性、良好的生物相容性和发光稳定性等优势而备受关注,进而导致碳点在生物成像、药物传递、荧光图案、传感器、光催化、光电子器件和光学薄膜等多个领域具有潜在的应用前景。目前制备碳点的合成方法一般包括水热法、溶剂热法、热解法、微波辅助合成法和电子束辐照法等。另一方面,不同的前驱体,包括柠檬酸、邻苯二胺、尿素等天然产物或合成化学物质,被广泛的用于探索具有不同尺寸、结构、形貌、发光、表面基团的碳点。然而,大多数合成碳点呈现蓝色荧光,从而限制了其应用范围,如多彩检测和成像,白光LED等。因此,长波长发光的荧光碳点,如绿色或红色发光碳点,是目前该领域亟待解决的关键问题之一;另外,将长波长发光碳点引入到光子晶体中从而构筑具有双重光学响应性能的光学薄膜仍是一种挑战。本论文设计合成了一种新型绿色荧光碳点,研究了其金属离子传感与溶剂变色性能,并进一步探索了绿色碳点的发光机理。在此基础上,将该绿色碳点与光子晶体薄膜结合制备了荧光光子晶体凝胶薄膜,研究了该薄膜对于不同温度和溶剂的响应性能,进而探索了其双模式光学检测机制。通过一系列的表征与测试得到了以下主要结果:(1)通过一步溶剂热法制备新型绿色荧光碳点并研究其性能。利用木质素磺酸钠和对苯二胺作为碳、氮、硫源,再通过一步溶剂热法制备出新型绿色荧光碳点。该碳点粒径分布均匀,尺寸在2 nm左右,具有良好的光学稳定性和水溶性,在365 nm紫外灯照射下能显示出鲜明的绿色。当存在多种金属离子时,碳点水溶液对铁离子或者银离子发生明显的荧光淬灭效应,表明对这两种离子具有很强的选择性。其荧光强度与铁/银离子溶液浓度(浓度在100至1000μmol/L之间)成良好的线性关系,其检测限分别为1.7和11.6μM。此外,该碳点可以用于实际水体样品中铁离子的浓度的检测以及Hela细胞成像。重要的是,该碳点在不同的溶剂中会显示不同颜色的荧光,具有溶剂变色效应:在水和酸类有机溶剂中显示绿色,而在醇,酰胺类有机溶剂中表现为蓝色,并进一步将其应用于上述混合极性溶剂的检测。基于上述结果,研究了绿色荧光碳点的发光机制:碳点表面的官能团起到了至关重要的作用。(2)通过模板合成法,将上述绿色荧光碳点与光子晶体结合进而制备荧光光子晶体凝胶薄膜并对其性能进行了研究。首先,利用垂直沉积法制备蛋白石结构光子晶体薄膜并作为模板,将甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA),丙烯酸,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为单体,丙烯酸改性后的碳点,引发剂1173的混合水溶液填充到上述模板中,再通过紫外光固化形成水凝胶/蛋白石模板复合结构,最后,通过选择性刻蚀得到荧光光子晶体凝胶薄膜。制备的荧光光子晶体凝胶薄膜同时具备两种光学特征:(1)基于反射的结构色彩;(2)基于荧光的发光特性。同时利用这两种光学特征可以实现不同的温度和溶剂精确检测:在溶剂检测方面,当乙醇浓度在0到25%之间时,随着乙醇浓度增大,荧光光子晶体凝胶薄膜的荧光强度越来越强,当乙醇的浓度超过25%时,荧光强度会随着乙醇浓度的增大而减弱,而对于荧光光子晶体凝胶薄膜的反射光谱结构色彩,当乙醇的浓度从0增加到45%时,荧光光子晶体凝胶薄膜的反射波长逐渐红移,并且乙醇浓度在0到45%之间时与荧光光子晶体凝胶薄膜的反射波长存在良好的线性关系;在温度响应方面,随着温度的升高,荧光光子晶体凝胶薄膜的反射光谱有蓝移的趋势,其荧光强度则逐渐降低。