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近年来，碳量子点由于其独特的光学性质、极低的环境危害和良好的生物相容性受到了广泛关注，使用低廉、优质碳源合成高性能碳点和深入探讨合成与发光机理是研究的关键与重点。煤炭是大规模制备碳量子点的理想原料，深入开展煤基碳点合成及发光机理的研究具有重要意义。本文采用化学氧化法制备了煤基碳点，探讨了制备条件及煤结构对煤基碳点理化性质的影响，分析了煤基碳点的合成及其发光机理，为煤基碳点的可控制备提供理论基础和技术思路。课题主要开展了如下几方面的研究：
首先，采用化学氧化法在典型工况下合成了煤基碳点，并对煤基碳点的形貌尺寸、化学结构和光学性质进行了研究。发现该工况制备的煤基碳点直径约为1.59nm，高度在0.7-3.0nm之间，质量产率可达19.96%，含有丰富的官能团和缺陷结构，在320nm激发光的激发下发出黄绿色荧光，荧光量子产率约为0.75%。
其次，研究了制备条件和应用环境条件对煤基碳点光学性质的影响。发现随着化学氧化温度升高、时间增加，煤基碳点的发光强度先增后减；随煤阶的增加，煤基碳点的质量产率先增后减，发光强度持续增强。在硫酸与硝酸配比60ml/20ml、初始煤粉质量0.3g、反应温度100℃、反应时间18h、中等变质程度煤种(Vdaf=20-30%)，以及碳点浓度125mg/L、pH=7、激发光波长320nm的条件下碳点的发光性能最优。
最后，研究了煤结构对煤基碳点理化性质的影响，分析了煤基碳点在反应过程中的结构演化特性，揭示了煤基碳点的发光机理。发现当煤中含有较少的缺陷、小芳香环结构时，生成的煤基碳点含有更多缺陷结构，光学性能更优。在化学氧化反应过程中，原煤中的不饱和C=C、C=O键和脂族侧链首先发生反应，碳微晶被剥离；随后碳微晶之间脱氢环化形成稠环芳香簇，尺寸增长；最后在芳香簇的边缘和表面引入大量C-O，生成煤基碳点。煤基碳点的发光机理复杂，位于435nm附近的发射峰与碳点的限域sp2微区有关，产生量子限域效应，属于本征态荧光；位于500nm附近的发射峰与碳点中的缺陷结构有关，属于缺陷态荧光。
首先，采用化学氧化法在典型工况下合成了煤基碳点，并对煤基碳点的形貌尺寸、化学结构和光学性质进行了研究。发现该工况制备的煤基碳点直径约为1.59nm，高度在0.7-3.0nm之间，质量产率可达19.96%，含有丰富的官能团和缺陷结构，在320nm激发光的激发下发出黄绿色荧光，荧光量子产率约为0.75%。
其次，研究了制备条件和应用环境条件对煤基碳点光学性质的影响。发现随着化学氧化温度升高、时间增加，煤基碳点的发光强度先增后减；随煤阶的增加，煤基碳点的质量产率先增后减，发光强度持续增强。在硫酸与硝酸配比60ml/20ml、初始煤粉质量0.3g、反应温度100℃、反应时间18h、中等变质程度煤种(Vdaf=20-30%)，以及碳点浓度125mg/L、pH=7、激发光波长320nm的条件下碳点的发光性能最优。
最后，研究了煤结构对煤基碳点理化性质的影响，分析了煤基碳点在反应过程中的结构演化特性，揭示了煤基碳点的发光机理。发现当煤中含有较少的缺陷、小芳香环结构时，生成的煤基碳点含有更多缺陷结构，光学性能更优。在化学氧化反应过程中，原煤中的不饱和C=C、C=O键和脂族侧链首先发生反应，碳微晶被剥离；随后碳微晶之间脱氢环化形成稠环芳香簇，尺寸增长；最后在芳香簇的边缘和表面引入大量C-O，生成煤基碳点。煤基碳点的发光机理复杂，位于435nm附近的发射峰与碳点的限域sp2微区有关，产生量子限域效应，属于本征态荧光；位于500nm附近的发射峰与碳点中的缺陷结构有关，属于缺陷态荧光。