碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),由于合成方法简单、价格廉价、生物兼容性好、细胞毒性低、水溶性好、发射带隙可调等优点,在诸如生物成像、细胞传感、发光二极管、有机光伏器件、光催化和电催化等领域越来越受到人们的关注。然而,目前大部分制备碳量子点的氧化法采用强酸氧化法,对环境不友好,而且碳量子点的合成主要采用各种各样的碳材料作为碳源,如石墨烯、富勒烯、石墨、氧化石墨、碳纤维、活性炭等,价格昂贵。因此,寻找一种原料廉价、方法绿色,易于大规模化制备的方法是目前研究的热点之一。另外,由于碳量子点的材料分子结构不确定,科学家猜测量子点的发光是来自于材料本身的缺陷,因此研究碳量子点的晶体结构,解释其发光机制是至关重要的。本论文提出以煤焦油沥青为碳源,通过O3/H2O2的氧化方法进行了碳量子点的绿色制备,并将碳量子点应用在荧光检测方面。研究工作分两部分进行:(1)提出了一种绿色、易于大规模化的碳量子点的制备方法及应用到Fe3+的检测方面。采用丰富、廉价的煤焦油沥青为碳源,O3氧化的绿色方法制备了高质量的碳量子点,煤焦油沥青丰富、廉价,且O3氧化已在水处理方面进行了大规模的应用,反应后的产物绿色、对环境无污染,碳量子点的整体粒径分布在3~7 nm以内,其中4.9 nm的含量高达42.8%。最后进行了常见金属离子的检测研究,且在线性0~13μM线性范围内,检测下限达到0.02μM(1.12 ppb),对Fe3+实现了较高的特异性和灵敏度的检测。(2)提出了碳量子点的晶体结构和水中HCHO检测方法及机理研究。采用煤焦油沥青为碳源,H2O2氧化的绿色方法以及分离、提纯,得到了碳量子点的基元分子结构,通过更换溶剂法分散到水溶液后,得到整体粒径分布均在2~4 nm以内,其中3.2 nm的含量高达46.5%,根据基元分子的结构对碳量子点的晶体结构模型进行了合理的猜测;另外碳量子点作为荧光探针对水中的有机物进行了检测,在0~50μM检测范围内,检测下限达到1.3 ppb,实现了较高的特异性和灵敏性检测,最后通过DFT理论计算对检测的机理进行了研究,解释了荧光淬灭的机理。