随着近年来纳米技术的不断发展,多种碳纳米材料不断地被发现,如具有出色的荧光性能、低毒性、良好的生物兼容性的零维碳量子点和具有高比表面积、高机械强度、优良的导电性、高稳定性的二维碳纳米片。目前碳量子点和碳纳米片(石墨烯)的合成方法存在诸多限制,如不适合规模化制备、工艺复杂、产率低、环境不友好等,如何改进合成方法,实现绿色环保、低成本、规模化生产,合成高质量的碳纳米材料,成为研究的焦点之一。本论文主要研究改进了低维碳纳米材料——碳量子点和碳纳米片的合成方法,采用溶剂热法合成碳纳米材料并对其应用进行了初步的探索。论文首先采用溶剂热法合成了一种硅烷偶联剂修饰的荧光碳量子点,荧光量子产率高达51%,平均荧光寿命为14.99 ns。该合成方法改善了碳量子点的分散性能,所得碳量子点具有两亲性,可均匀分散于多种溶剂中,大大拓宽了其应用范围。对影响碳量子点荧光性能的各因素进行研究发现,碳量子点对溶液的温度、pH值、Fe2+和Fe3+离子浓度响应灵敏,可应用于探针材料或传感器等。实验探索了提高碳量子点荧光稳定性的方法,发现将碳量子点包埋入晶体中可有效保护碳量子点的荧光性能,NaCl晶体能在紫外光照射下保护效果较好,而KBr晶体在高温下保护效果较好。论文还采用溶剂热法合成了一种氮掺杂水溶性碳量子点。乙醇和水均可作为分散剂,得到具有不同荧光量子产率的水溶性氮掺杂碳量子点ECNPs(量子产率为24.58%)和WCNPs(量子产率为17.88%)。通过考察反应温度、反应时间以及各反应物的配比所得产物的荧光量子产率得到了碳量子点的最佳合成条件。碳量子点的荧光性能受碳量子点尺寸的影响,粒子越小荧光性能越强。碳量子点具有良好的光照稳定性、热稳定性和离子强度稳定性。ECNPs和WCNPs均对Fe3+离子响应灵敏,发生荧光猝灭。此外,ECNPs和WCNPs的荧光强度对溶液pH值的响应类似,pH=3时荧光强度最高,增大或减小pH值,碳量子点的荧光强度随之降低。WCNPs对癌细胞JAR和JEG均具有较强的杀灭作用,可杀灭80%以上的癌细胞。在碳量子点的研究基础上,论文还通过溶剂热法成功合成了一种氮掺杂碳纳米片,实现了多层石墨烯材料的经济、规模化制备,并研究了碳纳米片对水中污染物的吸附性能。所得碳纳米片具有完美、均匀的层状结构,厚度为1~5 nm,以无定型态存在。通过对碳纳米片吸附亚甲蓝和甲基橙的研究发现,吸附剂用量,吸附时间、染料的初始浓度、溶液的pH值等都对碳纳米片的吸附性能具有显著的影响。碳纳米片对亚甲蓝的最大吸附量为326.7 mg/g,对甲基橙的最大吸附量为113 mg/g。吸附动力学研究发现碳纳米片对亚甲蓝和甲基橙的吸附符合伪二级动力学模型。吸附等温线表明碳纳米片对亚甲蓝和甲基橙溶液的吸附过程符合Langmuir吸附等温线的描述。