随着时代的发展,科学的不断进步,人类的认知也越来越广。20世纪末,纳米技术作为一种新的科学技术渐渐发展起来了。随着纳米科学的发展,关于碳元素的纳米材料不断被发现,如碳纳米纤维、石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石等。碳量子点作为一种新型荧光纳米材料成为碳纳米材料家族的新成员。量子点是一种零维半导体纳米晶体,近似球型,直径1～12nm,由于量子点的尺寸很小,因而量子点具有表面效应、体积效应、介电限域效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,吸收光谱宽、发射光谱窄和斯托克斯位移大等优良的光学性能,正越来越受到人们的关注。但是,由于金属量子点一般都有毒,对活体细胞有害,使其应用大大受限。碳量子点相对其他金属量子点具有荧光性能稳定、并且无光闪烁,发射波长和激发波长可调控、分子量和粒径很小,与生物的相容性好、毒性低等优点,因此,碳量子点在许多方面逐渐取代金属量子点。碳量子点具有广泛的应用前景,因此吸引了一大批研究者对碳量子点进行研究。现阶段,碳量子点的制备和应用仍处在初始阶段,所制得的碳量子点的荧光量子产率还很低,溶解性能差异大,还远远满足不了市场需求。本文从主要从以下几个方面着手,分别探讨了碳点的合成、表征及应用。1、实验以活性炭为碳源,硝酸和过氧化氢作为混合氧化剂,通过水热法合成荧光碳点。同时考察了活性炭粒径、反应时间、硝酸用量和过氧化氢用量的不同对碳量子点合成的影响。通过实验得到了最优化的条件参数：活性炭的粒径为400目、反应时间为13h、参与反应硝酸体积用量与活性炭用量比为3：1、过氧化氢的用量为25mL,且过氧化氢分批次加入。与此同时,对最优化条件下合成的碳量子点进行表面修饰。分别采用了掺杂法和表面钝化法两种修饰手段,得到了修饰碳点的最优条件。以乙二胺作为表面钝化剂,乙二胺修饰碳量子点时,微波修饰时间越久越好,但是不能太久,乙二胺的用量也要严格控制。量取30mL制备好的碳量子点,添加6mL的乙二胺,中温微波加热60min,即可达到乙二胺对碳量子点的最佳修饰效果。2、本文通过红外光谱分析、XRD分析、扫描电镜分析、透射电镜分析对碳量子点进行表征,探讨分析了碳点的结构、成分及粒径。本实验方法合成的碳点包含有羰基、羧基、羟基基团,粒径在5nm左右,且其形貌是球形或准球形。并在此基础上考察了pH值、碳点浓度、溶剂等对碳量子点荧光性能的影响。pH值为6的时,碳点的荧光强度达到最大值,pH值小于6或者大于6时都会使碳点的荧光强度降低,随着碳点浓度的增加,其荧光强度也在增大,但浓度越大时,其增加趋势明显放缓,且碳点易溶于水。3、采用优化条件合成和修饰后的碳量子点为荧光探针,在一定酸度和碳量子点用量条件下,应用于环境水样中痕量砷的测定。在砷离子浓度为2ng/mL至10ng/mL范围内,砷离子浓度与碳点的荧光猝灭比率(Fo/F)之间有线性关系,其线性回归方程为：y=0.2309x+0.9488,线性系数R2=0.9855,相对标准偏差RSD为2.4%,检出限LOD为0.32ng/mL。实验检测了校园砚湖水和东风渠水中的砷含量,砷含量分别为1.175ng/mL和1.27ng/mL。但本次实验检测样品中砷离子时,其相对标准偏差较大,检测限较高,因此方法条件还有待进一步研究探讨。