碳量子点（Carbon Quantum Dots，简称 CQDs），又称碳点，是一种新型的碳纳米材料。碳量子点是一类尺寸通常小于 10 nm 的零维碳纳米材料，具有准球形结构，由 sp² 和 sp³ 杂化的碳组成，表面含有丰富的官能团，如羟基、羧基等。其核心是由碳原子组成的类似石墨的晶格结构，具有良好的结晶性。表面的官能团赋予了碳量子点良好的水溶性和生物相容性，使其能够在不同的溶剂和生物体系中稳定存在。

（一）表面活性位点

碳量子点表面含有丰富的官能团，如羟基（-OH）、羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）等。这些官能团不仅赋予了碳量子点良好的水溶性和生物相容性，还为其提供了大量的表面活性位点。这些活性位点能够与底物分子发生特异性相互作用，通过电子转移、酸碱催化等方式促进化学反应的进行，从而表现出催化活性。

（二）量子尺寸效应

碳量子点的尺寸通常在几纳米到几十纳米之间，处于量子尺寸范围。由于量子尺寸效应，碳量子点的电子结构发生明显变化，表现出与体相材料不同的物理化学性质。在催化过程中，量子尺寸效应使得碳量子点的电子云分布更加离散，电子的迁移和转移更加容易，从而增强了其与底物分子之间的电子相互作用，提高了催化活性。此外，量子尺寸效应还可能导致碳量子点的能级结构发生变化，使其能够吸收特定波长的光，产生光生载流子，进而引发光催化反应。

（三）共轭结构与电子离域

碳量子点具有一定程度的共轭结构，这种共轭结构使得电子能够在整个碳量子点表面离域。共轭结构和电子离域特性赋予了碳量子点良好的电子传输性能，有利于在催化反应中实现电子的快速转移。在氧化还原反应中，碳量子点可以作为电子传递体，将电子从还原剂传递给氧化剂，促进反应的进行。同时，共轭结构还可以通过 π-π 相互作用与含有共轭体系的底物分子结合，增强底物与碳量子点之间的相互作用，提高催化反应的选择性。