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纳米科技的蓬勃发展为化学、物理、生物、材料、机械、电子和医学等诸多学科领域注入了新的活力。功能纳米材料是目前纳米科技的研究热点之一，它们具有独特的光、电、催化等属性，因而在不同领域都展现了广阔的应用前景。本论文主要将功能纳米材料与电化学相结合，围绕功能纳米材料的合成及相关的电化学传感和能源转换应用，开展了一系列系统性研究工作，主要内容包括以下几个部分: 1.(a)结合静电纺丝和热解技术制备了一种新型的氮掺杂碳纳米球@碳纳米纤维(NCNSs@CNFs)复合物用于研究葡萄糖氧化酶(GOx)的直接电子传递(DET)和基于DET的葡萄糖生物传感。无需任何预处理，该复合材料可直接作为GOx的载体，实现GOx的DET，并同时保持对葡萄糖的生物电化学催化作用。基于GOx的DET，实现了对葡萄糖的电化学检测并获得了高的灵敏度、稳定性和选择性。 (b)基于上述工作，通过改变前体聚吡咯纳米球的添加量，并结合新的热处理方法，制备了一系列氮掺杂碳纳米球@氮掺杂碳纳米纤维(NCNSs@NCNFs)复合物。当聚吡咯纳米球的添加量是聚丙烯腈的12％时，得到的复合物NCNSs@NCNFs-12％对H2O2的还原展示出最优的电催化活性。基于NCNSs@NCNFs-12％的无酶H2O2传感器实现了对H2O2的高效灵敏检测。 2.(a)采用L-半胱氨酸作为还原剂，在常压低温条件下，通过一步化学还原自组装过程快速制备了石墨烯水凝胶(GH)。冻干后得到的石墨烯气凝胶(GA)具有三维分级多孔结构，比表面积大、机械强度高、热稳定性好，对水中的有机染料有很强的吸附性能。 (b)基于上述制备石墨烯凝胶的方法，设计合成了具有三维结构的磷化钴纳米粒子/石墨烯气凝胶(CoP/GA)复合物。复合物中CoP纳米粒子均匀镶嵌在石墨烯片层上，可抑制纳米粒子的溶解/团聚，提高材料的稳定性。同时GA独特的三维分级多孔结构，有助于暴露出更多的活性位点，提供多种尺寸的电子/离子传输通道。因此将该复合物用作析氢反应的电催化剂时，表现出优异的催化性能，过电位低、稳定性好。 3.(a)以基于钴的均匀双金属MOFs，即镍钴双金属沸石咪唑框架多面体(NiCo-ZIF PH)，作为前体，通过单宁酸原位化学刻蚀及随后的高温煅烧和低温磷化过程，设计合成了具有均匀组成和中空结构的镍钴磷化物/氮掺杂碳多面体纳米笼(NiCoP/NC PHCs)。NiCoP/NC PHCs对产氧反应具有优异的电催化性能，达到10mA/cm2的电流密度仅需297mV的过电位，而且催化稳定性非常高。更重要的是，提出的这种方法可以进行大规模生产，有助于实际应用。 (b)基于上述制备中空结构的方法，进一步采用ZIF-8为前体，经简单的原位化学刻蚀及煅烧过程，制备了具有中空结构的氧化锌@氮掺杂碳(H-ZnO@NC)多面体。将H-ZnO@NC多面体应用于电化学检测Cd2+，获得了优异的分析性能，线性范围宽、检测限低。H-ZnO@NC多面体还可被用于检测自来水和湖水中的Cd2+。