自从石墨烯的概念被提出，具有原子厚度的片层结构组成的二维纳米材料越来越吸引科研人员们的兴趣。它们的大比表面积，特殊的物理结构，可调的带隙，良好的生物相容性，独特的光学、电学、力学以及热力学性能实现了他们在化学、物理、生物以及医学等领域的广泛应用。尤其在能源问题日趋严重的今天，二维纳米材料在能源的转换和存储方面发挥着重要作用。本论文主要围绕二硫化钼和石墨烯这两种二维纳米材料，通过构筑不同的微纳米结构设计合成多种复合材料，对其相应性能进行提高和优化。具体开展了以下几方面工作:　　(1)我们采用具有纳米线形貌的聚苯胺(PANI)构建具有多级结构的MoS2/PANI纳米复合物用作新型电化学析氢催化剂。使用聚苯胺纳米线作为基底成功实现二硫化钼纳米片层以密集、均匀并且近似垂直的方式进行生长排布，从而实现二硫化钼有效边缘活性位点的大量暴露。另一方面，高效的质子吸附可以加快析氢反应的整个动力学过程。聚苯胺具有大量质子化位点和优秀的吸附能力。因此，临近活性位点的大量质子对于MoS2/PANI的析氢性能十分有利。本实验中，我们不仅讨论了该新型催化剂在析氢活性上的增强，也结合实际应用讨论了该析氢催化剂的稳定性。　　(2)通过对合成过程中各个条件的精确控制，可以调控二硫化钼纳米片在碳布上的生长排布，从而实现了二硫化钼活性位点的控制。本研究从二硫化钼的生长形貌入手并深入研究其生长机理，构建了控制活性位点对于析氢性能影响的全面解析。在这项研究中，我们通过调控二硫化钼纳米片的生长实现了二硫化钼在碳布上的垂直取向排布（MoS2⊥CC）。在碳布上垂直密集排列的二硫化钼纳米片能够最大程度地暴露活性位点。其次，碳布的介入增强了复合物的电子传导能力，垂直排列的二硫化钼纳米片则最大化利用导电基底，实现了高效的电子转移。对于 MoS2⊥CC，我们对其电析氢催化活性和电化学及物理稳定性进行了多方面的细致考察。　　(3)我们以碳布为基底，制备了三维二元金属硫化物析氢催化电极，CoMoSx/CC。该析氢催化电极的制备是通过电化学共沉积法将CoMoSx紧密生长在碳布上，无需粘结剂。本实验中，我们期望掺杂钴和应用三维结构的碳布能够大幅提高二硫化钼基催化剂的电析氢活性，得到具有优秀性能的柔性电极。电沉积过程中，我们通过改变电化学条件来调节沉积到碳纤维上的CoMoSx层的厚度和形貌，探索最优实验条件以获得最佳析氢性能，并分析CoMoSx层的厚度和形貌与电析氢催化活性的关系。本实验中我们采用多种电化学测试手段，不仅多角度研究了CoMoSx/CC的催化活性，也研究了CoMoSx/CC的稳定性。　　(4)我们制备了二硫化钼石墨烯复合物（MoS2/rGO）。在该复合物中，二硫化钼纳米片层半导体具有1.8 eV的窄带隙;石墨烯既作为基底能够分散和展开二硫化钼，使其有效暴露活性位点，又作为电子转移通道延长电子和空穴的分离时间，提高复合物的光催化效率。该复合物用作光催化剂，可以在全波段可见光范围内被激发产生羟基自由基。我们通过系统地优化光照条件，以期MoS2/rGO展现出优秀的光催化性能。该实验基于MoS2/rGO在可见光照射下·OH的高效产生和谷胱甘肽对·OH的有力捕获，以对苯二甲酸(TA)作为荧光探针，通过荧光法对谷胱甘肽进行检测。并且通过该传感器对于市售药物和人体血清等实际样品中所含的谷胱甘肽进行了检测。　　(5)我们通过含有π共轭苝环和四个羧基官能团的3，4，9，10-苝四羧酸(PTCA)与石墨烯通过π-π作用复合为PTCA-graphene。PTCA-graphene由于静电排斥具有极佳的分散性，并具有优秀的导电能力和大表面积。这一复合物具有大量负电位点用来静电吸附带正电的细胞色素c(Cytc)，实现Cytc的有效负载。本实验中我们使用PTCA-graphene作为Cyt c和玻碳电极之间的“导电桥梁”，希望能够实现电子在Cyt c的活性中心和电极之间的直接传导。PTCA-graphene良好的生物兼容性保持了Cytc的天然活性。为此，我们通过Cytc修饰电极对于H2O2的检测，探索了固定在修饰电极上的Cyt c的电催化活性。