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金属纳米粒子负载碳纳米纤维(CNF)复合材料作为一种非常有前途的功能材料，广泛应用于电催化、多相催化和化学/生物传感器等领域。由于合金效应和独特的电子结构等性质，双金属纳米粒子（如合金纳米粒子）不但可以显著提高催化性能，还能降低催化剂成本，因而成为研究热点。（双）金属纳米粒子负载CNF复合材料的制备过程通常要对CNF进行功能化处理。但是，功能化处理可能会破坏其骨架结构，降低机械性能及导电性，进而影响电化学性能。另外，此类复合材料的制备通常包括基底的合成、预处理及（双）金属纳米粒子的负载等多步合成过程，且容易引入杂质。
为解决此类复合材料制备过程中存在的上述问题，本论文从开展有效制备（双）金属纳米粒子负载CNF复合材料入手，结合电纺和热处理技术，制备了一系列粒径可控、高度分散的Pd纳米粒子、PdCo和PdNi合金纳米粒子负载CNF复合材料。此制备方法中，由于（双）金属纳米粒子的生长及CNF的碳化均在高温炉中同步进行，实现了（双）金属纳米粒子负载CNF复合材料的一步制备;无需使用催化剂，避免了杂质的引入及CNF纯化过程，在简化实验步骤的同时能确保CNF载体骨架的完整性;此方法制备的（双）金属纳米粒子是稳固镶嵌在CNF基底中，能有效抑制纳米粒子的聚集和脱落，极大地提高了复合材料的电催化活性和稳定性。系统研究了所制备复合材料对燃料小分子（如甲酸和甲醇）和生物小分子（如过氧化氢、亚硝酸盐和葡萄糖等糖类物质）的电催化性能，主要包括以下内容:
(1)结合电纺和热处理技术，制备了不同碳化温度(700～1000℃)Pd纳米粒子负载CNF复合材料(Pd/CNF)。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜（HRTEM）、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱（Raman）、X-射线电子能谱(XPS)和热失重分析(TGA)等测试手段对复合材料进行了表征。复合材料中Pd纳米粒子均一镶嵌在CNF基底中且粒径分布窄。其粒径随热处理温度升高而增大;Pd/CNF复合材料的热稳定性和石墨化程度也随热处理温度升高而提高。将Pd/CNF用于甲酸氧化的电催化性能研究，电催化活性和稳定性顺序如下:Pd/CNF-900℃＞Pd/CNF-1000℃＞Pd/CNF-800℃＞商业Pd/C催化剂＞Pd/CNF-700℃。另外，Pd/CNF-900℃复合材料对甲醇的氧化也显示了较高的电催化性能。此复合材料电催化性能的提高主要源于大量Pd纳米粒子均一镶嵌在导电性良好的CNF基底中，以及Pd纳米粒子与CNF之间较强的相互作用。
(2)结合电纺和热处理技术，制备了不同Pd/Co比例(Pd/Co=2∶1，3∶2，1∶1，1∶2)的PdCo合金纳米粒子负载CNF复合材料(PdCo/CNF)。利用SEM、TEM、HRTEM、XRD、XPS和高角度暗场-扫描透射电镜（HAADF-STEM）等表征手段对PdCo/CNF的形貌、组成和晶体结构进行了系统研究。结果表明，PdCo合金纳米粒子均一镶嵌在CNF基底中且粒径分布窄。通过调节Pd和Co前体比例，能可控调节PdCo合金纳米粒子的组成和粒径。研究了不同Pd/Co比例的PdCo/CNF复合材料对甲酸和甲醇氧化的电催化性能，电催化活性和稳定性顺序如下:Pd1Co1/CNF＞Pd3Co2/CNF＞Pd2Co1/CNF＞Pd1Co2/CNF＞Pd/CNF＞商业Pd/C催化剂。PdCo/CNF复合材料显示了较高的电催化性能，且当Pd/Co原子比为1∶1时性能最佳。由于PdCo合金纳米粒子的合金效应、协同效应及电子结构效应等特性，适量Co的掺杂能降低CO等在Pd活性位点上的吸附强度，显著提高催化剂的抗毒化能力;同时，PdCo合金纳米粒子的镶嵌特性有效抑制合金纳米粒子的聚集和脱落，极大地提高了其电催化活性和稳定性。
(3)PdCo/CNF修饰的碳糊电极（PdCo/CNF-CPE，Pd/Co原子比为1∶1）用于过氧化氢(H2O2)和亚硝酸盐检测。与裸碳糊电极(CPE)、Pd/CNF-CPE和Co/CNF-CPE相比，PdCo/CNF-CPE显著降低了分析物的过电位，增大了催化电流，减少了对电极的污染。对H2O2的还原和亚硝酸盐的氧化均显示了较高的电催化活性。实现了这两种分析物的直接电化学检测，具有较高的灵敏度和较宽的线性范围。该修饰电极还成功用于市售泡菜中亚硝酸盐的检测，获得了满意结果。
(4)结合电纺和热处理技术，制备了PdnNi100-n合金纳米粒子负载CNF复合材料（PdnNi100-dCNF，n代表原子比）。利用SEM、TEM、HRTEM、HAADF-STEM、XRD、XPS、TGA等表征手段，系统研究了PdnNi100-n/CNF的形貌、组成、晶体结构与电化学性能之间的关系。PdNi合金纳米粒子的组成、晶体结构、粒径和电化学性能可通过调节Pd和Ni前体比例、热处理温度和褪火时间等参数得到有效调控。制备了可更新PdnNi100-n/CNF糊电极，用于无酶葡萄糖传感器的构建，得到了低的检测限（60nM），宽的线性范围(0.2μM-5.0mM)和良好的稳定性。
(5)结合高效液相色谱(HPLC)分离技术，以Pd30Ni70/CNF糊电极为工作电极，对葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖进行了分离检测，分离效率高、检测限低、重现性好。该方法还成功用于蜂蜜质量分析。