相较于传统的荧光染料,荧光纳米材料既具备优良的光学稳定性和良好的生物相容性,又具有纳米材料特有的小尺寸效应、介电限域效应及宏观量子隧道效应等性质,在物理、化学、生物、医学和环境等领域具有巨大的发展潜力。近年来,荧光纳米材料的研究受到了人们的高度关注,已在化学传感、生物标记、药物运载、光电设备和光催化等领域广泛地应用。作为荧光纳米材料中重要的新成员,荧光碳点因具有良好的生物相容性、较低的细胞毒性、突出的光学性质以及良好的化学稳定性而成为研究的热点。众多研究者围绕荧光碳点合成方法的改良、发光性能的调控以及发光机理的探究等方面开展了大量工作。在前人的工作基础上,本学位论文研究工作从功能化荧光碳点的设计合成入手,通过优选反应原料和制备方法,合成了功能化的荧光碳点,并将其用于检测环境中重金属离子和生物成像等方面,并且对荧光碳点发射波长的调控进行了探索和研究,提出了一种调控碳点发射波长的新方法,将所合成的碳点用于多色细胞成像研究。本学位论文共分为4章:第一章:在大量文献的基础上,介绍了荧光纳米材料的发展背景,系统阐述了荧光碳点的性质、发光机理、制备方法及其在多个领域的应用。第二章:本章利用微波热解法,以柠檬酸和二乙烯三胺为反应物,仅用2分钟制得一种具有蓝色荧光的水溶性氮掺杂荧光碳点。该氮掺杂碳点在450 nm处发射强荧光(λex=360 nm),并且测得碳点的相对量子产率为27.7%。所合成的碳点具有优异的光学稳定性,当Hg2+离子存在时,碳点水溶液能发生明显的荧光淬灭;加入谷胱甘肽后,溶液的荧光强度明显恢复。基于此我们设计了一种“on-off-on”荧光探针用于Hg2+离子和谷胱甘肽的检测,检出限分别能达到23 nM和59 nM。此外,该氮掺杂碳点具有优异的抗疲劳性,已成功用作荧光探针来分析检测水样中的Hg2+离子,而且还实现了活细胞中Hg2+离子和谷胱甘肽的可视化检测。第三章:本章以枸杞子为原料,通过一步水热法合成了具有激发依赖性的水溶性荧光碳点。该荧光碳点在未经进一步表面修饰的情况下的相对荧光量子产率为17.2%,略高于其它以天然产物为原料制备的碳点。此外,碳点的荧光信号明显受Fe3+的影响,基于此该碳点可以作为Fe3+荧光探针,检出限可达21nM,并且实现了在实际样品和活细胞中成功检测Fe3+离子。该荧光碳点还具有激发依赖性,已成功用于活细胞的多色细胞成像。第四章:本章通过二乙烯三胺五乙酸分别与邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺进行水热反应合成了三种水溶性荧光碳点(o-CDs,m-CDs,p-CDs),结果发现所得碳点的荧光波长与苯二胺的结构直接相关,邻、间、对苯二胺所得碳点的荧光颜色依次为蓝、绿和红色。这说明有可能通过反应物的结构来实现碳点荧光颜色的调控。o-CDs,m-CDs和p-CDs的最佳激发波长分别是360 nm,445 nm和570 nm,最佳发射波长分别位于430 nm,510 nm和600 nm。这三种荧光碳点均已成功用于HeLa细胞的多色细胞成像,并且m-CDs能够实现细胞核的荧光标记。o-CDs,m-CDs和p-CDs在水溶液中的荧光信号对pH响应灵敏,有可能作为pH传感器用于细胞内pH水平的监测。本工作采用简单原料成功制备了不同发射颜色的荧光碳点,为实现碳点荧光颜色的调控提供了一种新思路。