碳点作为新类型的光致发光纳米材料,由于其优越的光稳定性、可调的光致发光、良好的生物相容性以及易于制备的特性,而被广泛应用于细胞成像、生物与化学传感、光电器件等领域。为了满足碳点在不同领域的应用要求,需要对碳点进行功能化。目前,碳点功能化的手段主要通过元素掺杂和表面修饰,尽管方法众多,但是依然难以满足多样化的实际需求。此外,多种策略包括水热法、超声或微波辅助合成、激光照射法和电化学腐蚀法等被发展起来用于高量子产率碳点的合成。然而上述的方法均需要大量的能量供应,而且产率低,极大的限制了碳点的大规模生产和工业化应用。而碳点的室温合成因其节能和简便的特点而备受研究者们青睐。室温合成通常需要利用大量强氧化剂(浓硫酸或浓硝酸)氧化剥离大粒径的碳材料;抑或利用浓碱(浓氢氧化钠)使小分子有机物脱水缩合,再碳化形成碳点。但是通过室温合成获得的碳点,其量子产率通常很低,不利于碳点的生物成像、分析检测以及其他应用。而大量强酸或者强碱的使用,不仅增加了成本,也增加了分离纯化的难度,并对环境造成严重的威胁,不符合绿色合成和可持续发展的要求。因此,本文针对碳点的修饰困难及室温合成问题,开展了以下四个方面的研究:1.铽掺杂碳点(Tb-CDs)的一步碳化合成及2,4,6-三硝基苯酚(TNP)的选择性检测。利用硝酸铽和柠檬酸通过一步碳化法合成具有蓝色光致发光的Tb-CDs。所合成的Tb-CDs具有发射依赖于激发的光学性质,其平均粒径约为3 nm。铽离子的掺杂显著的提高了碳点的稳定性,相比于其他碳点,Tb-CDs拥有更好的盐稳定性、光稳定性和抗氧化能力。此外,常见的金属离子也不会影响Tb-CDs的光致发光,因此Tb-CDs能够作为优良的荧光探针用于分析检测领域。基于Tb-CDs和TNP之间的内滤效应,使得TNP能够高效率的猝灭Tb-CDs的光致发光。由于Tb-CDs的高稳定性,使得该检测方法具有良好的重复性和较低的相对标准偏差,提高了分析结果的可靠性,实现了复杂水样中TNP的检测。2.铽修饰碳量子点(CQDs-Tb)的两步水热合成及鸟苷四磷酸(pp Gpp)的高选择性和高灵敏检测。CQDs-Tb能够通过两步法合成:首先,通过水热法合成具有蓝色光致发光的碳量子点(CQDs);然后,再向CQDs溶液中加入硝酸铽,通过与CQDs表面的羰基和氨基发生配位作用从而形成CQDs-Tb。所合成的CQDs量子产率高达54.8%,且具有发射波长不随激发波长改变的光学性质。此外,CQDs-Tb表面的铽离子能够特异性的与pp Gpp结合,使得pp Gpp能够通过天线效应将能量转移给铽离子使其发出明显的绿色荧光,而不影响CQDs自身的蓝色光致发光。基于此,一种高选择性和高灵敏的比率荧光法被发展起来用于分析检测pp Gpp。3.单层石墨烯量子点(s-GQDs)的自放热合成及铝离子的高选择性检测。受传统水热合成的启发,我们将自催化放热反应引入到碳点的合成中以取代外部的加热。自催化放热的基础是利用三亚乙基四胺(TETA)能够快速的催化过氧化氢分解并释放出大量的氧气和热量。所释放的热量能使反应液的温度迅速的从室温上升到100 oC左右,如此高的温度能够促使反应前驱体发生缩合反应,再碳化形成s-GQDs,反应仅仅只需5分钟。此外,s-GQDs具有2.3%的量子产率,其表面富含羟基、氨基和席夫碱结构,能够通过配位作用和静电作用与铝离子发生特异性的结合,产生聚集诱导发射增强效应。4.碳量子点(CQDs)的自放热合成及维生素B12(VB12)的特异性检测。乙二胺作为催化剂能够促使过氧化氢分解释放出氧气和大量的热量,同时所释放的热量能够使反应前驱体缩合、碳化形成CQDs。该合成能够在15分钟内完成,并且所制得CQD的量子产率高达24.6%,远高于采用其他常温法合成的碳点,能够有效的用于细胞成像以及分析检测。此外,我们发现该CQDs的绿色光致发光能够通过内滤效应被VB12选择性的猝灭。基于此,我们构建了一种选择性检测VB12的荧光分析方法,并成功测定了VB12注射液中VB12的含量。总之,本文利用稀土铽离子通过直接掺杂和表面修饰两种途径对碳点进行功能化,从而获得了两种具有不同性质的功能化碳点,实现了对爆炸物分子TNP和生物活性分子pp Gpp的特异性检测。然后在传统水热合成的基础上,首次利用自放热反应取代外部加热,实现了高光致发光碳点的快速合成。其主要原理是基于有机胺能够高效率的催化过氧化氢分解放热,使反应前驱体脱水缩合,并碳化形成碳点。所合成的碳点能够分别用于铝离子和药物分子VB12的选择性检测,并实现了在实际样品中的分析应用。因此,这种新颖的自催化放热合成不仅降低了生产成本,也符合绿色、节能的可持续发展理念,为纳米材料的新型绿色合成提高新的思路。