作为碳纳米材料家族中新的一员,碳点具有耐光漂白、无光闪烁现象、生物相容性好、低毒、对环境友好等特点,在生物成像、催化、传感等方面得到广泛应用。但是,碳点的研究相比量子点而言,还处于起步阶段,许多基本问题尚待解决。我们研究组曾经报道,通过还原反应改变碳点表面基团可以调控其荧光性能。另外,碳点生物相容性好、粒径小,易于进入细胞。因此,我们考察了表面修饰基团对碳点化学发光行为的影响；还以碳点为载体,向细胞内导入荧光试剂,用于细胞成像研究。本论文的研究内容如下：(1)碳点和还原型碳点表面具有不同的官能团。因此选用碳点和还原型碳点为模型,建立了碳点-高锰酸钾和还原型碳点-高锰酸钾化学发光系统。首次研究了表面官能团对碳点化学发光行为的影响。在相同条件下,还原型碳点-高锰酸钾化学发光信号强于碳点-高锰酸钾化学发光信号。通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱、化学发光光谱和电子自旋共振谱分别研究了碳点和还原型碳点在高锰酸钾溶液中的化学发光行为和机理。我们的研究有助于理解碳点的发光行为和其表面官能团的关系,也为设计优良光学性质(化学发光性质和荧光性质)的碳点提供依据。而且,碳点的化学发光行为研究也拓展了其在分析化学中的应用。(2)高锰酸钾-亚硫酸氢钠具有弱的化学发光信号。利用制备的还原型碳点,能够大大增加高锰酸钾-亚硫酸氢钠弱的化学发光强度。实验优化了高锰酸钾、亚硫酸氢钠、硫酸和还原型碳点的浓度,使得发光信号最强。通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱和化学发光光谱初步探讨了还原型碳点增强高锰酸钾-亚硫酸氢钠化学发光的机理。还原型碳点在高锰酸钾-亚硫酸氢钠发光体系中起催化作用,其促进了激发态分子的形成和在还原型碳点表面的电子转换过程。(3)本文分别将四甲基罗丹明异硫氰酸酯和异硫氰酸荧光素两种荧光染料修饰在空心碳点表面,既可以提高碳点的荧光性能,又可以以碳点为载体将荧光试剂导入细胞中。通过X-射线光电子能谱图分析,荧光染料与空心碳点是通过化合键作用结合的。得到修饰后的碳点荧光发射波长改变,与单独的荧光染料发射波长相同。得到的荧光复合材料具有良好的水溶性、生物相容性和低毒性,能用于A549细胞成像。得到的复合材料在生物成像和生物标记等领域具有广阔的应用前景。