由微小分子或原子单元组成的过渡金属纳米材料具有明显区别于其他物质材料的特性,例如:良好的生物相容性、较强的吸附性、优秀的导电性、较大的电化学表面积、稳定的氧化还原特性等。因此,关于新型过渡金属纳米材料的研究愈发火热,科技的发展推动了对过渡金属纳米材料作用机制的探究;反过来,新型过渡金属纳米材料作用机制的逐步解析,也为设计合成更稳定、更高效、更灵敏的新一代过渡金属纳米材料奠定了基础。近年来,氢气因具有环保、可循环利用、能量高等优势,成为新世纪替代化石能源的首选。从能源节约和环境保护层面考虑,电解水（阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER））提供了一种很有前途的制氢方式。但作为各种新能源催化技术核心的OER,反应过程中存在非常大的过电位,使得大规模制氢过程中会有大量的能源损失。目前,已知的性能优异的OER催化剂是RuO2和IrO2,但这类贵金属催化剂由于储量匮乏、成本高、稳定性差等缺陷阻碍了它们在实际工业生产中的应用。因此,用价格低廉且储量丰富的过渡金属纳米材料去替代甚至超越贵金属纳米材料在催化过程中所扮演的角色,并解析其OER机制,是目前科研工作者要攻克的难题。研究表明,通过纳米结构工程构筑的过渡金属纳米材料催化剂具有更大的电化学表面积,更快的电子转移速率,更强的导电性,能通过调控活性氧中间体在电极表面的复杂的吸附行为来提升OER过程中的催化效率,实现制氢工业化。同时,利用过渡金属纳米材料的多种优势,我们通过邻位效应进一步提升过渡金属纳米材料的电子转移速率,在电化学传感领域实现对肿瘤标志物的超灵敏检测。本论文探究了几种过渡金属纳米材料在OER和电化学生物传感检测中的作用机制和应用。详细工作如下:（1）通过前驱体调控并优化金属有机骨架（MOF）形貌,可大幅提升催化剂的电化学表面积,进而提升OER性能。本工作首先在泡沫镍（NF）上合成了NiV双金属氢氧化物纳米片阵列（NiV-LDH/NF）。通过原位合成的方式制备高定向三维（3D）MOF纳米花(NixV1-x-MOF),实现了形貌的优化。制备的Ni0.9V0.1-MOF催化剂在150 m A cm-2的电流密度下过电位仅为290 m V,此外,这种3D MOF纳米花电极还表现出良好的电化学稳定性。（2）本工作首次以Co1-xVx-MOF为前驱体合成了非晶态Co1-xVxSy纳米片,探究该催化剂在OER中结构的重构过程。此外,在1.0 M KOH溶液中测试OER性能时,Co0.9V0.1S0.002/NF表现出最佳的催化活性,在20 m A cm-2的电流密度下,过电位仅为194 m V。（3）本工作中,我们利用溶剂还原法,将Fe纳米颗粒（Fe NPs）负载到Ni3S2纳米片阵列上（Fe NPs-Ni3S2 NA/NF）,形成一种非晶态纳米结构。测试中,Fe NPs-Ni3S2 NA/NF在150 m A cm-2仅需206 m V的过电位,超过了迄今为止报道的大多数OER催化剂。而且Fe NPs-Ni3S2 NA/NF在各种稳定性试验中也能平稳运行。（4）优秀的OER催化剂,不仅具有快速的电子转移速率,还具有稳定的氧化还原特性。基于上述工作的启发,在本工作中我们选取了具有高质量导电能力的银纳米簇（AgNCs）材料,通过邻位效应进一步提升AgNCs的电子转移速率,并提出了一种核酸辅助增强AgNCs电活性的机制（NAE-AgNCs）。基于NAE-AgNCs与杂交链式反应（HCR）,我们建立了一种新型电信号增强的电化学生物传感平台,用于microRNA（miRNA）的超灵敏检测。