荧光碳纳米材料(Fluorescent carbon nanomaterials, FCNPs),作为一种新型的荧光材料,在光学和生物分析应用上显示出优异的性能。相比有机染料,FCNPs的光化学稳定性更好,在生物体内不发生光降解从而避免了干扰作用。相比传统的量子点,FCNPs没有潜在的生物毒性和光闪烁问题。总的来说,FCNPs具有四个明显的优势：(1)激发光谱谱宽,从紫外区域一直延伸到可见光区域；(2)其荧光性质非常稳定,在经过数小时的激发光照射后,其荧光强度仍然保持不变；(3)细胞渗透能力好；(4)生物兼容性好,毒性较低,目前,荧光碳纳米材料已经成功地应用于生物成像、药物运输、环境检测、光催化、能量转换、光电子以及传感领域。目前,FCNPs的制备方法包括激光消融法、模板法、电化学法、水热法、和浓酸氧化有机物碳化法等等。在以上方法中,水热法因其具有较好的可控性、易于操作以及温和的反应条件而受到青睐,是一种制备荧光纳米材料的重要方法。通过调节反应温度、反应时间、原料比例以及其他相关参数,可以制备大小、成分以及表面结构可控的荧光纳米颗粒,从而使得我们能够改变其光学性质。基于以上背景,本论文开展了基于水热法不同碳源FCNPs的合成及其光学性质研究工作。主要内容如下：(1)以厨房垃圾(如葡萄皮)为原材料,基于简单的水热反应过程,发现了一种可规模量产的制备水溶性荧光碳量子点的方法。我们从实验和理论两个层面讨论了循环利用厨房垃圾合成碳点的可行性。实验结果显示,制得的碳量子点具有较好的耐盐性,并因与Hg2+形成复合物从而导致其荧光猝灭,而对Hg2+具有较高的选择性。(2)以生物分子L-脯氨酸为单体,合成了类石墨聚脯氨酸量子点GPDs,它的水分散性好、保质期长、pH稳定性强、荧光量子产率高。实验结果显示,该量子点可应用于CBRH7919细胞的生物成像,并且在较大浓度范围内,没有明显的生物毒性。(3)以甘氨酸和葡萄糖为原料(双碳源),采用一步水热法,制备了掺氮碳量子点NCDs。该量子点的荧光强度比单碳源法(葡萄糖或甘氨酸)所制得的碳量子点强。实验证明,NCDs在用作溶液中铁离子的荧光探针时,具有较高的灵敏度和选择性。