碳点(CDs)不仅具备碳纳米材料的共同特性,如对环境和生物体无毒,合成方法多种多样,表面官能团丰富等,而且作为新型的发光碳纳米材料,其量子产率最高可达80%,与半导体量子点(QDs)相当。因而,碳点成为近年来碳纳米材料的研究热点。用不同方法和原料制备的CDs可在多个领域获得广泛应用,因此,合成碳点的新方法仍是目前亟待探索的领域。碳点的量子产率高,发射光谱可调,然而,迄今为止,其发光机理尚无定论。CDs表面官能团丰富,多被用于表面改性和偶联生物分子,实现特异性传感和靶向成像、治疗等目标。另一方面,表面官能团的氧化还原性质尚未得到深入研究。在传感应用领域,以CDs荧光信号的猝灭或增强构建的传感器是目前的研究热点,而基于CDs其他物理化学性质,如氧化还原性的探针的研究还未见报道。本文旨在拓展CDs合成方法和原料,研究表面官能团对其发光性能的影响,探讨表面官能团的还原性,并利用CDs的还原性构建新型传感器。论文的第一章详细介绍了CDs的合成方法,物理化学性质及其在光学成像、载药治疗、光学传感和光催化等领域的应用。论文的第二章以阳离子型聚电解质聚乙烯亚胺(PEI)同时作为碳源和表面钝化剂,化学氧化法一步制备PEI-CDs。PEI被HNO3分解,部分PEI片段被碳化并氧化,得含氧碳核；未反应的PEI片段通过酰胺化与碳核表面的羧基反应,得到表面同时富含氨基和羧基的PEI-CDs。该碳点在酸性条件下带正电,碱性条件下带负电。表面氨基和羧基在酸性和碱性介质中质子化和去质子化,使得PEI-CDs的荧光对溶液pH变化表现灵敏响应,即随着pH的升高,荧光强度显著下降。PEI-CDs的荧光对pH变化的响应可逆：将pH从2增加到12,再从12降低到2,10次循环变化后,碳点荧光依然恢复初始值。PEI-CDs的荧光不受盐浓度和光辐照的影响,盐浓度高达1 mol L-1,或150 W氙灯连续激发3h,其发光强度无改变。HeLa细胞同PEI-CDs孵育24 h,未见明显细胞毒性。PEI-CDs穿透细胞膜,进入到细胞质。进入细胞的PEI-CDs在340 nm和495 nm光源激发下,分别发射蓝色和绿色荧光。在合成CDs的研究中,其表面丰富的官能团吸引了我们的注意,因此第三章主要研究表面官能团的氧化还原性。无须光辐照和外加还原剂,Ag+同CDs的水溶液在50℃下水浴5 min, Ag+被还原为Ago,随后Ago自发团聚成核,生成平均粒径为3.1±1.5nm的Ag-NPs。CDs表面的酚羟基和氨基还原Ag+后分别转换成苯醌和偶氮。生成的Ag-NPs吸附在CDs表面,形成Ag-NPs/CDs复合物。其中CDs充当保护剂,使Ag-NPs在水溶液中稳定分散至少45天,而未见团聚。CDs催化还原生成的Ag-NPs有强共振光散射(RLS),而且RLS的信号强度与Ag+的浓度线性相关,基于此,我们建立了环境水样中Ag+含量的分析方法。对两种河水样的加标回收率分别为103%和106%,测定结果满意。CDs还可还原HAuCl4并生成粒径为3.0±0.7m的Au-NPs。制备Ag-NPs和Au-NPs的最优条件分别是弱碱性和弱酸性介质,这是因为CDs在碱性条件下带负电,而在酸性条件下带正电,分别适宜结合Ag+和AuCl4-。在研究Ag-NPs生成的最优条件时,发现过量的CDs显著抑制Ag-NPs的生长,我们在第四章中对这一有趣的实验现象进行了深入探索。研究发现,体系中CDs过量,Ag+迅速吸附到CDs表面,溶液中自由的Ag+数量少,不能源源不断地供应Ag+到CDs表面,Ag-NPs的生长被阻断,因而生成量减少。加入生物硫醇后,巯基同Ag++结合,二者迅速形成络合物。由于生物硫醇的还原能力比CDs弱,络合物逐步释放Ag+,供应Ag+给CDs表面官能团还原,因而体系中Ag-NPs生成量增多。以增强的Ag-NPs表面等离子体共振吸收峰强度为信号,定量检测生物硫醇。当Ag+加入量为0.2 mM时,半胱氨酸(cys)的检测范围是20-400 nM。减少体系中的Ag+,可以进一步增强生物硫醇传感的灵敏度。即当Ag+加入量为0.1 mM时,体系对Cys,高半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)三种生物硫醇的传感范围分别是2.5-30 nM、5-40 nM和2.5-30 nM。实际样品中常见的共存组分,如19种氨基酸,Ca2+, Mg2+,葡萄糖,抗坏血酸和人血清白蛋白对生物硫醇的检测无干扰。将该体系用于人血样中生物硫醇的定量检测,加标回收率为94-108%。