碳点作为一种新型的“环保绿色”碳纳米材料,具有稳定的物理发光性质、良好的生物相容性、优异光电子特性以及低毒性等优势,广泛的应用于化学传感、光催化、光电器件和信息安全防伪领域。目前,合成的大多数荧光碳点发射波长主要集中在短波区域(蓝、绿)且多限于单模式检测。关于碳点的磷光研究也面临着巨大的挑战。本文基于碳点的发光机理,设计制备了四种光致发光碳点,对其发光性质及机理进行了分析研究,实现了红色荧光碳点的双模式检测平台以及多功能室温磷光碳点,并分别应用于金属离子和氨基酸的分析检测以及光学防伪策略的设计。主要内容包括:第一章:对碳点的组成、结构、发光性能及制备方法进行了概述。重点围绕碳点的发光机理和发光性能调控进行了详细综述。概括了碳点在环境分析、生物传感、生物成像以及光学防伪领域的研究及应用。第二章:以苯二胺和磷酸为原料,通过一步水热法制备了红色荧光碳点(CDs)。所制备的CDs具有稳定的光学性质、良好的生物相容性以及低毒性等优点。将红色荧光CDs作为探针,依次加入Cr(VI)和Cys构建了“开-关-开”三元检测平台。基于CDs和Cr(VI)的络合形成非荧光态,导致红色荧光猝灭,而引入的Cys与Cr(VI)更强的结合力,促使荧光恢复。伴随荧光的变化,CDs溶液颜色也随之改变(红色-紫色-黄色)。基于此,构建了CDs荧光和比色双模式顺序检测Cr(VI)和Cys传感平台。与其他分析物相比,该CDs对Cr(VI)和Cys具有较高的选择性和敏感性,最低检出限分别为0.26μM和0.14μM。合成的CDs也被成功地用于细胞成像。基于CDs检测Cr(VI)和Cys的“AND”逻辑门建立。该CDs的双模式检测比单模式检测结果更加可靠,红色的荧光发射比短波在生物领域应用展现了更大的优势。第三章:以葡萄糖为碳源,天冬氨酸为氮源,通过一步绿色法制备了新型高效免基质的氮掺杂碳点(NCDs)。所合成NCDs无需任何基质支撑实现了室温磷光(RTP)。在对原料热处理过程中,前驱体受热脱水、缩合生成的低聚合物长链共轭到碳核表面,使NCDs自身既做固化的主体也是发光的客体。所合成NCDs拥有747ms超长寿命和35%较高的量子产率。进一步观察发现,氮元素的引入对RTP的发光效率更有利。此外,在水溶液中时,NCDs的RTP的现象将会失活。通过这一特性,设计了光学信息防伪和保护的新策略。该工作拓展了碳点在光学防伪领域的应用。第四章:以二乙烯三胺五乙酸为单一原料,通过一步绿色水热法制备了可见光激发的超长室温磷光(URTP)氮掺杂的CDs。该CDs表现出优异的发光效率和较URTP长寿命。深入分析发现CDs所形成致密的核、表面低聚合物长链结构以及氢键骨架对产生URTP现象可能起着至关重要的作用。而氮元素的掺杂有利于n-π*跃迁,加快了系间窜越(ISC)速率,使三重态充满有效激子,对构建到CDs的URTP现象起到促进了作用。迄今为止,本章所合成的材料是可见光激活URTP的CDs基材料的首个案例,其寿命长达1.51秒。基于这一特性质,URTP的CDs被成功用于数据加密和解密的双重光学防伪。第五章:采用CDs和三聚氰胺构建的氢键骨架形成聚合物(M-CDs)的策略,实现了CDs在水环境中的RTP现象。在水性环境中,所合成的M-CDs不仅展现出664 ms的长磷光寿命,而且拥有25%的较高量子产率。通过对比实验发现,氢键骨架对于在水环境中实施RTP至关重要。M-CDs内部的结合水以及CDs和三聚氰胺之间的共价键对于稳定在水溶液中的RTP现象也十分重要。这也是第一个实现固体碳点RTP在水溶液中的例子。值得注意的,这一策略也适用于大多数磷光材料,有效的避免磷光材料在水溶液中的失活。这一巧妙的策略为水溶液中RTP材料的合成提供一个新思路。利用M-CDs材料这一性质,设计光学数据信息加密和解密的双重防伪策略。