纳米技术和纳米科学的显著发展,极大地推动了纳米材料领域的蓬勃发展。基于纳米材料的电化学信号放大策略,具有提高电化学传感器和生物传感器的灵敏度和选择性的巨大潜力。而电极材料在构建基于各种分析原理检测目标分子的高效的电化学传感平台中起着至关重要的作用。此外,催化过程在能源存储和转换中起着至关重要的作用,而高效催化剂则在其中起着核心作用。尽管金属纳米复合材料已经作为催化领域的一个前沿课题而被研究了很多年,但是目前还有很多问题没有得到解决。贵金属基电催化剂在很多反应中都具有非常高的催化活性,但是其地球含量有限、开发及使用成本较高等,开发能够取代贵金属电催化剂的非贵金属催化剂是一个非常有趣和有挑战意义的课题。本论文主要探究了非贵过渡金属纳米复合材料在电化学传感器和能源存储与转换中的应用,采用不同的方法构建了基于不同金属的纳米复合材料,并探索了它们的结构、组成等对电化学传感及能源储存与转换性能的影响,并取得了优异的性能表现。该论文主要研究内容及创新点如下:(1)基于铜基纳米材料的非酶葡萄糖传感平台的构建:金属铜基纳米材料在非酶葡萄糖传感器的构建中具有较大的潜力。1)我们采用湿化学方法制备了表面粗糙的铜纳米棒,粗糙的表面结构中含有Cu20,增加了电催化葡萄糖氧化活性位点数量及表面积。目标催化剂显示出较低的检测限和较高的选择性及稳定性。2)以三维Cu泡沫为基底,通过碱性环境中的氧化刻蚀、纳米线生长及后续的热处理过程,在三维骨架表面构建了有趣的CuO纳米花/纳米线阵列自支撑电极,在碱性环境中实现了高灵敏的检测葡萄糖,并显示出较低的检测限。3)我们采用简单的恒电位电沉积技术,以硫酸铜的硫酸溶液为电解液,在铜箔的表面构建了有趣的珊瑚状的微纳米阵列结构,该自支撑的三维阵列电极显示了优异的葡萄糖传感性能,包括较低的检测限、较高的灵敏度及稳定性。(2)三金属磷化物的制备及其催化氧气析出反应和储能性能的探究:采用形貌结构易控的双金属ZIF-67为模板,经过溶剂热方法及低温磷化过程的处理,获得了形貌保持较好的多孔超薄纳米片组成的中空CoNiFe磷化物。目标催化剂显示出了优异的电催化氧气析出反应活性及较好的储锂性能。(3)金属-碳纳米复合材料:以石墨相氮化碳、硝酸钴为前体,采用研磨、高温热解、酸刻蚀等方法,获得了竹节状碳纳米管与碳层包裹的钴纳米颗粒组成的复合材料。目标催化剂在碱性条件下表现出非常高的氧还原催化活性。