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由于非可再生的化石类能源的大量开采和利用在带来全球经济发展的同时也导致了日益凸显的能源危机和日益严重的环境问题。因此开发环境友好的新能源及绿色高效的能源转换材料、进行有效的环境治理具有重要意义。近几十年中，功能纳米材料作为蓬勃发展的纳米技术前进的核心驱动力，其独特的光、电、催化等特性为众多学科带来了新的发展活力。本论文以能源和环境为出发点，分别设计并制备了孔状凹面CoP多面体、核壳结构的包覆有碳化钨的氮掺杂碳球、可见光响应的g-C3N4/Ag2O以及由修饰有葡萄糖脱氢酶的生物阳极和Ag2O/Ag固态阴极组成的新型杂化酶生物燃料电池，并探索其在能源转换和环境净化等方面的应用。主要研究内容如下: 1.以Co-MOF(ZIF-67)多面体作为前驱体，通过简单的拓扑学转化策略，合成了孔状凹面CoP多面体(concave polyhedron，CPH)材料。采用低温条件下的多步煅烧法使得所制备的CoP CPHs材料在继承Co-MOFs形貌的同时形成了多孔结构。相比于作为对照样品的CoP纳米粒子，得到的孔状CoP CPHs在酸性介质中对析氢反应(HER)具有优异的增强电催化性能和耐久性。其较小的Tafel斜率表明该催化剂参与的酸性介质中的HER反应遵循的是Volmer-Heyrovsky反应机制。这个工作为制备形貌可控且具有多孔结构的过渡金属磷化物提供了一种基于MOFs的拓扑学转化策略。 2.通过多巴胺和偏钨酸铵络合物的原位聚合，并配合在惰性气体中进行的高温渗碳过程，合成了核壳结构的包覆有碳化钨的氮掺杂碳(tungstencarbideencapsulated within nitrogen-doped carbon，TCNC)球。由于渗碳过程原位发生在有限的空间中，会得到小尺寸碳化钨纳米晶并均匀分散在同时生成的碳基质中。得益于TCNC球独特的结构和形貌，其在酸性和碱性溶液中都表现出优异的HER电催化活性和稳定性。 3.通过一种室温下简便的液相反应法制备了高效的可见光响应的g-C3N4/Ag2O异质结构复合光催化剂。研究发现，所制备的g-C3N4/Ag2O复合材料的光生载流子的分离效率与g-C3N4和Ag2O的质量比密切相关;在质量比为1∶4时，复合光催化剂表现出最高的光催化活性，远超过单一的g-C3N4和Ag2O。其增强的光催化活性主要是由于g-C3N4与Ag2O之间的协同作用，以及Ag2O粒子尺寸的减小和分散性的改善。同时该异质结构复合光催化剂在利用可见光降解甲基橙(MO)时表现出优异的光催化稳定性。此外，我们也提出了其可能的光催化及电荷分离机理。 4.构筑了一种由修饰有葡萄糖脱氢酶的生物阳极和Ag2O/Ag固态阴极组成的新型杂化酶生物燃料电池(hybrid enzymatic biofuel cell，HEBFC)。该电池在空气中的开路电位可达到0.59 V，功率密度可达到0.281 mW cm2。特别是由于Ag2O/Ag阴极的引入，即使在无氧环境下，HEBFC的最大输出功率仍可达到0.275mW cm-2。而且Ag2O的重新生成使得HEBFC具有很好的充放电循环稳定性。