半导体量子点因其独特的光学特性而受到广泛关注。近年来,研究者发现表面功能化的碳纳米材料也表现出类似于半导体量子点的特性。其中,对碳点(又称碳量子点)的相关研究代表了一个迅速发展和扩张的领域。本论文主要研究功能化碳点及其衍生复合物的代表性合成方法、光学特性和潜在应用,研究内容如下:1.采用超声辅助的氧化方法,以片状石墨为前驱体,将其置于酸性氧化环境中进行超声处理,使石墨片层剥离碎裂为更小的碎片,再进行过滤和纯化得到表面氧化碳点。表面氧化碳点的荧光发射可以在制备过程中通过改变超声功率进行调制,避免了二次处理。超声功率的增加引起碳点的氧化程度提高,并伴随着荧光发射中绿光发射成分的增强。2.采用一种混合的方法,结合化学精细功能化法和热碳化法的优点,微波热处理碳纳米颗粒和聚乙烯亚胺的混合物,合成出了聚乙烯亚胺功能化的碳点。通过分析比较混合法制备的碳点与化学精细功能化法制备的碳点在光学性质上的相似性,讨论了它们在激发态性质上的联系,并利用它们共享的激发态特性实现了聚乙烯亚胺功能化碳点的可见光激活杀菌功能。3.使用柠檬酸和聚乙烯亚胺的混合物一锅碳化合成碳点,在文献中被大量报道。然而,将文献中广泛采用的方法得到的产物与聚乙烯亚胺功能化碳点在光学性质方面进行比较,发现文献中的产物存在碳化不足的问题。因此,将文献中的热碳化处理方法进行简单而有效的改进,得到符合碳点结构-性质定义的产品。更重要的是,改进的方法可以合成出具有创纪录荧光性能的碳点,荧光量子效率接近理论极限。4.不同合成方法得到的碳点共享着类似的光学特性,通常情况下,碳点的量子效率和吸光系数随波长增加而逐渐降低。为了增强碳点在红/近红外区域的光学性能,将荧光染料耐尔蓝(NB)作为客体,聚乙二醇作为碳化消耗物和表面功能化基团,通过微波辅助的一锅碳化法合成了碳点-耐尔蓝主客体复合物(NB@CDots)。NB@CDots表现出独特而优异的性能,不仅在红/近红外区域有明亮的发光,而且其荧光量子效率相比于游离的NB水溶液高出一个数量级。NB@CDots更高的荧光量子效率伴随着更长的荧光寿命,以及优异的光化学稳定性,在活干细胞成像应用中展现出优异的性能。5.为了使荧光和磁特性同时出现在合成的混合纳米颗粒结构中,首先使用微波热碳化处理柠檬酸铁铵和聚合物的混合前驱体,然后对产物进行磁性分离,分别制备出了聚乙二醇和聚乙烯亚胺表面功能化的碳-四氧化三铁混合纳米颗粒,并对这种新型混合纳米颗粒的成分、结构和光学特性进行系统的表征和研究。通过采用不同的策略对混合纳米颗粒表现出的光散射和猝灭现象进行分析,讨论了功能化碳-四氧化三铁混合纳米颗粒研究面临的挑战,并对其未来的研究工作进行了展望。