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纳米材料由于其具有大的比表面积,优越吸附性能和高光电性能等性质引起了研究者极大的兴趣,并在光催化、光电化学传感、吸附和净化、陶瓷和生物应用等领域广泛应用。高通量质谱技术已经广泛应用在蛋白质组学、有机小分子污染物的检测由于其具有简单、快速和灵敏的分析特点。有机小分子化合物例如染料、表面活性剂和全氟化物等污染物会导致生态系统的破坏,危害生活环境和人类的健康。蛋白质组学例如磷酸化、糖基化和甲基化等翻译后修饰的变化对人体疾病和健康具有预测和治疗作用。因此,开展基于蛋白质组学和环境污染物高效、高通量、快速检测分析的研究既具有重大的社会经济意义,也有着重要的基础性研究意义。纳米材料由于其具有高的比表面积可以用作吸附剂去富集低丰度的生物分子,同时由于具有良好的光吸收能力及快速的能量传导效率可用于目标分析物的高效激光解吸电离。基于此,本论文开发了钛基和碳基纳米材料,结合其独特的结构和性能,用于高通量质谱快速、灵敏检测环境复杂样品中小分子污染物和磷酸化蛋白等生物分子。因此,本论文主要研究内容和结果如下:（1）基于钴（Co）纳米颗粒和多孔碳（NPCs）协同增强吸附和电离解吸效应,借助热解方法合成具有十二面体形状的钴掺杂纳米多孔碳（Co-NPCs）,并用作吸附剂和基质,通过表面辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（SALDI-TOF MS）用于富集和分析小分子污染物。小分子有机污染物能够在ppt水平被检测到,如十六烷基三甲基溴化铵（1 fg/mL）和罗丹明B（1 fg/mL）,而孔雀石绿及其代谢产物在鱼血和鱼肉提取物中的含量为pg/mL浓度。（2）磷酸化蛋白质由于高含量的非磷酸化多肽的存在显示极低的丰度,因此,在进行基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）分析前要进行富集操作。据我们所知,TiO2材料已广泛富集磷酸化多肽。基于此,采用改进的溶胶-凝胶技术合成了一种新型Bi0.15Fe0.15TiO2纳米复合材料(Bi0.15Fe0.15TNs),并将其成功应用于消化蛋白质混合溶液和实际样品（人体肝脏中的组织蛋白）中磷酸肽的选择性提取和富集。将Bi和Fe共掺杂到TiO2中导致富集效率和选择性的显着增强。与市售的TiO2萃取剂相比,本文所提出的Bi0.15Fe0.15TNs具有较低的检测限（2×10-99 M）,并且在磷酸肽/非磷酸肽（1:1200）的低重量比下具有较高的选择性。此外,在通过Bi0.15Fe0.15TNs富集后,从人肝脏裂解物中鉴定出总共223个磷酸化位点。并且,Bi0.15Fe0.15TNs的合成非常容易,收率高且价格低廉。（3）提高TiO2材料的可见光吸收提高其光催化性能仍旧是目前研究热点。本章通过溶剂热法合成的二维还原二氧化钛纳米片（BTTNs）,并用于染料罗丹明B被（RhB）的降解和细菌（E.coli）抗菌活性研究。通过利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外变换（FT-IR）光谱、拉曼（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）以及扫描电子显微镜（SEM）等技术,充分地证实了Ti3+成功地掺入锐钛矿Ti O2纳米片中,增加了{001}晶面含量。通过紫外-可见光分析显示在可见光区域有明显的吸收,B1.5TTNs的带隙能量为2.8 6 e V,明显小于纯锐钛矿型Ti O 2（3.2 e V）。在模拟太阳光照射下,R h B和E.coli被完全降解并且成功地被基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（M A L D I-TO F M S）监测。我们的研究表明,在环境光照条件下,B T T N s在废水处理和临床环境中杀菌领域具有重要的应用潜力。