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由于经济的飞速发展,人们对能源的需求越来越多。为了满足日趋增长的能源需求,开发高效、绿色的能源引起了研究者的广泛关注。由于转化效率高、燃烧无污染且可再生,氢气被认为是一种理想的清洁能源。电化学和光电化学产氢是目前研究较多的产氢方式,但它们都需要借助有效且稳定的催化剂来降低反应过程中的过电势以达到减少能源损耗的目的。因此,人们迫切需要寻找高效且价格低廉的催化剂来降低能源损耗从而实现氢气的大规模生产。碳纳米材料具有独特的物理化学性质,因而在催化、生物、光电和传感等领域都显示出巨大的潜力。此外,向碳纳米材料中掺杂非金属杂原子能够有效改善原始碳纳米材料的光电性能。在本文中,我们通过改进的合成方法,分别制备了氮磷和氮硫双非金属元素共掺杂的碳点(分别简写为NPCDs和NS-CDs)并研究了氮硫碳点的荧光性质。另外,我们还在掺杂碳点的基础上合成了复合析氢反应催化剂,探究掺杂对其催化性质的影响并解释了催化反应机理。主要的研究内容包括以下几个方面:1:通过简单的水热法合成了氮磷共掺杂的碳点和二硫化钴(CoS2)复合物(简写为NPCDs/CoS2),并将其应用于电化学析氢反应(HER)的催化剂。综合X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱分析,NPCDs/CoS2复合相较于纯的CoS2多出了一个Co-O-C的特征峰。电化学测试结果表明NPCDs/CoS2的HER催化活性明显高于单元素掺杂碳点和二硫化钴复合物。在酸性介质(0.5 M的H2SO4)中,NPCDs/CoS2催化剂表现出了较小的过电势(～82 mV),较小的塔菲儿值(～76 mV/decade)和较长时间的稳定性。进一步研究证明:NPCDs/CoS2高效的催化活性主要归因于Co-O-C键的存在提高了电子传输效率以及N,P的共掺杂改善了C的电子结构。2:以柠檬酸作为碳源,同时加入半胱氨酸,通过一步热解法制备了氮硫共掺杂的碳点,并将它们应用于荧光探针实现对过氧化氢(H2O2)和谷胱甘肽(GSH)的浓度检测。该荧光探针对H2O2的最低检测限为0.10μM。此外,该荧光探针对GSH的最低检测限为1.00 × 10-6 M。实验结果表明NSCDs荧光检测机理与其表面的官能基团有关。3:以柠檬酸和半胱氨酸为原料合成了 NSCDs,并通过简单的热解法合成了NSCDs和硫化钴(CoS)复合物(简写为NSCDs/CoS)。通过改变碳点的反应量和热解的温度来优化复合物的电催化活性。在酸性电解质中,相比于纯的CoS,与NSCDs复合后的CoS表现出了优异的催化性能。当碳点的量为20 mg/L,温度为450 ℃时,NSCDs/CoS具有最小的起峰电势(～0.095 V)和塔菲儿值(56 mV),并且具有较好的稳定性。研究证明,复合后电催化活性的提高可能是由于在NSCDs和CoS之间形成了 Co-S-C键从而加速了电子的转移效率,同时疏松的结构增大了催化剂的比表面积,使得复合催化剂的催化活性得到了显著地提高。