碳点是一种新兴的荧光纳米材料,它具有原料丰富,无毒环保,制备简单,荧光颜色可调,生物相容性好等诸多优点,在荧光检测、光催化、生物成像、防伪等领域受到越来越多的关注。纯碳点由于其超小的尺寸和良好的生物相容性,在生物成像和生物治疗领域独具优势。而且,碳点表面丰富的官能团决定了其极易与多种材料复合。负载了碳点的材料在荧光检测,光催化和防伪领域的应用会更加多样化。由于碳点的发光机理复杂多样,目前尚未有统一的定论,而碳点及其复合物的制备与应用仍有很大的探索空间。因此,本论文聚焦挑选不同原料,选择合适的合成手段,重点研究了碳点及其与g-C3N4复合的制备过程,开发了纯碳点的多样化应用,实现了碳点对g-C3N4的形貌调控,探究了碳点及其复合物的组成结构与荧光颜色等性能之间的构效关系。结果表明,碳点及其复合物在荧光检测、光催化、防伪和生物成像等领域具有广阔的应用前景。本论文获得以下主要研究成果:1.采用一步烧结法简便制备全光谱氮掺杂碳点（NCDs）,该碳点显示典型的激发波长依赖性,对温度和p H值敏感,细胞毒性低,水溶性优异。利用这些优异的性质,我们开发了碳点在喷墨打印多重防伪和细胞成像方面的应用。2.以海藻酸钠和尿素为前驱体制备碳点,该碳点保留了海藻酸钠的主要官能团,对重金属离子表现出高度的敏感性,不仅能应用于荧光检测水中重金属离子,还能与水中大量的重金属离子形成水凝胶实现对重金属离子的去除。这是首次报道纯碳点可以用于去除水中重金属离子,这种去除形式新颖且便于提取。因此我们综合开发了碳点对重金属离子的检测和去除。3.利用水热合成激发波长独立的红光氮掺杂碳点,同时通过高温固相反应制备g-C3N4,并通过二次水热合成NCDs@g-C3N4复合物。与纯的g-C3N4完整的二维片层结构相比,NCDs@g-C3N4复合物具有丰富的孔洞结构,这是首次报道碳点具有类似造孔的作用。除了能拓宽g-C3N4的光谱响应范围,降低g-C3N4电子-空穴复合率,碳点还可以使NCDs@g-C3N4复合物具有丰富的孔结构。我们研究了碳点的造孔机理,并开发了碳点、g-C3N4和NCDs@g-C3N4在光催化降解污染物和荧光防伪领域的应用。4.采用两步法合成具有丰富氨基的正电性碳点,与负电性g-C3N4复合,制备了具有丰富孔洞,超大比表面积的超轻NCDs/g-C3N4气凝胶。由于静电吸引和氢键等的相互作用,正电性碳点的加入引发了负电性g-C3N4的自组装,在没有粘结剂的纯水溶液中形成了具有优异产氢性能的NCDs/g-C3N4气凝胶。NCDs/g-C3N4气凝胶的光催化产氢性能高达53993μmol g-1,产氢速率为13499μmol h-1 g-1。相比于纯的g-C3N4,产氢性能得到了大幅的提高。总而言之,本论文以碳点为研究对象。对于纯碳点,针对碳点表面态丰富,对环境敏感的特性,开发了碳点在多重防伪和多重细胞成像领域的应用;针对碳点与重金属离子可以配位成键的属性,开发了碳点对重金属离子荧光检测和去除的应用。对于碳点的碳氮复合物,利用碳点的光谱灵活可调节特性,弥补g-C3N4的光谱利用范围窄的缺点;利用碳点的光诱导电子转移性质,有效降低g-C3N4的光生电子-空穴复合率;利用碳点表面丰富的官能团,对g-C3N4的形貌进行调控,这也是本论文有关碳点与g-C3N4复合物工作的最大亮点:首次实现了碳点对g-C3N4的形貌调控,制备了多孔NCDs@g-C3N4复合物和NCDs/g-C3N4气凝胶两种具有独特形貌的碳氮复合物。为二维材料的形貌优化提供了新思路,并开发了其在污染物光降解和光催化产氢方面的应用,填补了碳点在光催化领域形貌调控的空白。