碳点（CDs）作为一类新型荧光纳米材料,具有制备简单、易功能化、光学性能优良、生物毒性低、光稳定性高等优点,近年来引起了研究人员的广泛关注。由于CDs具有优异的光学和化学性质,在生物成像、生物传感、光催化、光电子等领域有着广泛的应用。尽管有各种各样的合成方法来制备CDs,自下而上的方法仍然是提供大规模和低成本制备碳点的最广泛的合成路线。为了开发高量子产率和长波长碳点,科研工作者投入了大量时间和精力。目前,已有一些手段可以提高碳点的性能,比如掺杂或与其它材料形成复合物等。通常来说,掺杂可以有效提高CDs的量子产率以及光学性质。基于此,本论文主要探讨高量子产率、长波长荧光碳点的合成以及更简便的合成策略,研究了它们对离子的传感性能、光学薄膜以及细胞成像性能。具体研究内容如下:1.以1,6-己二胺盐酸盐和二甲基亚砜为前驱体,经一步微波法合成了量子产率为24%的氮、硫共掺杂碳点（N/S-CDs）,并通过TEM、XRD、XPS和FTIR等手段对其形貌和结构进行了表征。N/S-CDs的最佳发射波长为512 nm,呈现绿色荧光,并随着激发波长的增大而逐渐红移。将碳点进一步用于检测MnO₄^-和Cr₂O₇^2-,检出限分别为0.34μM和0.23μM。在用过量Pb²⁺沉淀Cr₂O₇^2-的情况下,Cr₂O₇^2-对MnO₄^-的荧光检测没有影响。此外,所制备的N/S-CDs表现出优异的生物相容性,被成功地应用于细胞成像。2.以间苯二酚和间苯三酚为碳源,甲酰胺为溶剂,经一步微波辅助法分别成功制备出量子产率83%的氮掺杂蓝光CDs和量子产率47%的氮掺杂橙光CDs。其中,甲酰胺不仅起着溶剂的作用,还参与了高量子产率CDs的形成。通过XPS和FTIR等表征,证明CDs表面存在大量官能团,比如-COOH、-NH₂、-OH等。实验结果表明,高量子产率的蓝、橙荧光氮掺杂CDs可以均匀分散在透明胶水中,并成功制备了CDs/胶水荧光复合材料,用于荧光薄膜和指纹成像。此外,该CDs还显示出良好的细胞成像能力。3.我们发展了一种超快速、简单、无外加能耗的合成CDs方法。在室温条件下,将溴乙腈与1-甲基咪唑或1-乙烯基咪唑直接混合,无需任何辅助设备,即可在几秒钟内合成CDs。所制备的CDs具有良好的荧光性能和光致发光稳定性。随着激发波长的增加,CDs的发射峰发生红移,发射可达到550 nm的橙色荧光。合成的两种CDs量子产率分别为16%和21%。其次,在365 nm紫外灯连续照射350min后,荧光发射强度基本保持不变,说明该碳点具有较强的耐光漂白能力。此外,该碳点与HUVEC细胞共培养,其存活率大于87%,表明CDs具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性,在细胞成像中有潜在应用。