自从2004年Geim和Novoselov首次成功剥离出单层的石墨片(石墨烯)以来,由于其独特的结构、性能,石墨烯被应用于各个领域。但由于石墨烯理论上是没有带隙的,很难发生光致发光(Photoluminescence,PL)现象,这就限制了石墨烯材料在光电器件方面的应用。科学家们试图把石墨烯切割成准零维的纳米材料,使其变身为石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs),通过量子尺寸效应、量子限域效应,扩展其应用。GQDs由于其独特的优点,引起了各个领域的科学家们的关注,近年来得到了飞速的发展。人们不仅关注着GQDs制备方法的研究,还关注着其在物理、化学和生物等领域的广泛的应用。而且人们还通过掺杂、缺陷、刻蚀等方法对GQDs进行修饰,进行性质上的研究并优化其性能以及应用。目前,外部条件的变化对GQDs光学性质的影响还缺乏系统的研究。本论文主要研究不同外部条件(酸碱性、温度、溶剂)对GQDs光学性质的影响,了解掌握了外部条件的影响,才能使GQDs更好的应用到各个领域。同时我们还从理论上研究和解释了这些现象和结果。某些物质在光的照射下会吸收光子跃迁到激发态,在从激发态回到基态的过程中发射光子,这种现象叫做荧光。通常情况下,一个物质只能吸收一个光子,再通过发射一个光子跃迁回基态,称为单光子荧光现象。而有些物质在某些条件下可以同时吸收两个光子,而发射出一个比吸收光子的波长更短的光子,这种现象称为双光子荧光现象。比较单光子和双光子荧光,我们可以发现通常在单光子荧光现象中需要用紫外光照射,发出的荧光的波长一般大于紫外光;在双光子荧光中,可以使用红外或可见光的照射,发出的荧光波长较短。在细胞成像等相关实验中,具有双光子荧光的分子更有应用优势,因为其需要的入射光能量低,对细胞损伤小。本论文实验中制得的GQDs就具有双光子荧光现象,更具有应用价值。本文的主要研究内容包括:(1)用炭黑简便的制备GQDs。GQDs的制备方法多种多样,有溶剂热法、电化学法、化学剥离碳纤维法、溶液化学法、超声波法和微波法等,我们选用了一种简单的制备方法——以炭黑为原料加热回流制备GQDs,通过透射电镜、原子力显微镜、X射线衍射、红外光谱对制备的GQDs进行表征,得到了稳定的、大小均一的量子点,并对其进行光学性质的测定。对GQDs进行荧光测定时,我们发现了该方法制备的GQDs具有双光子荧光现象。双光子荧光可以减轻实验对细胞的损伤,能使量子点更好的应用于细胞成像等生物实验中。(2)通过改变外部条件,比较系统地研究了GQDs光学性质的变化。我们主要从酸碱、温度、溶剂等几个方面对GQDs光学性质的影响进行了研究。在这个实验过程中,通过加入不同量的酸碱,研究其光学性质的变化,我们发现GQDs的吸收和发射光的波长会有蓝移和红移的现象,并且发现加入适量酸碱调节后的GQDs依然可以存在双光子荧光现象。后来我们还探索了热还原温度、溶剂对GQDs光学性质的影响。(3)寻找理论依据,解释光学现象的产生。我们通过第一性原理的密度泛函理论研究了若干种GQDs的结构,通过比较最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)的能隙和电子分布情况,我们进一步理解了光学现象的起因和控制因素。