随着科技的不断发展、新型的轻质、高强度、高性能材料得到了广泛的应用，其中碳的低维纳米材料因特有的物理和化学性质及在未来高科技领域中具有的潜在应用价值受到人们的广泛关注。在能源存储领域，碳纳米管和石墨烯等被广泛应用为双电层电容器的电极材料。

在催化领域，碳纳米材料用作催化剂载体除了具有稳定的耐酸碱性能外，还具有良好的导电性和大的比表面积，利于负载分散性好、利用率高的催化剂纳米颗粒。独特的孔径结构和较大的比表面积，使碳纳米材料广泛应用于污水净化、气体吸附、纳米颗粒分离以及海水淡化等。

碳纳米材料，根据其维度的不同划分为零维、一维和二维材料。其中零维碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯量子点等；一维碳纳米材料主要有碳纳米管/纤维、碳纳米线等；二维碳纳米材料主要包括石墨烯、多层石墨纳米薄片等。与传统碳材料相比，这些碳纳米材料具有更小的尺寸，更高的比表面积和表面能。

在利用电弧法制备碳纳米管的过程中，人们意外发现了碳量子点，随着研究的深入，越来越多制备方法被报道出来，根据形成碳量子点的方式，可将合成方法归为两大类：自上而下法和自下而上法。自上而下法，一般指利用“切割”的手段使大分子的物质变成荧光性质的纳米碳。比较常用的自上而下的合成方法包括化学氧化法、水热法、电化学氧化法、微波法以及超声处理等。

自下而上，即利用小分子前驱体通过组装的方法使其“长大”成为具有荧光效应的碳量子点。常用的合成方法有煅烧法、微波法、超声法和水热合成法。其中应用属水热法，可通过调节反应物的物料比、反应温度以及反应时间调控制备的碳量子点的表面基团和尺寸大小。