随着学科间的交叉渗透以及纳米技术的不断发展,纳米材料已在基础研究领域及应用研究领域中得到广泛应用。尤其是功能化纳米材料,为材料、化学、物理、生物以及医学等领域带来了新的活力。其中,碳及贵金属纳米材料展现出巨大的潜在应用价值。同时,大环超分子也始终是超分子化学的研究基础以及重要组成部分。本论文主要以贵金属及碳纳米材料为中心,并将贵金属/碳纳米材料与大环超分子进行结合构筑出一系列具有多种组分和多重优势的杂化纳米材料。充分地将贵金属/碳纳米材料的光、电、热及催化方面的性质与大环超分子的主客体识别特性有机结合起来,并主要通过共价键（Au-S）或非共价作用力（氢键作用、?-?相互作用、静电相互作用、疏水作用）将水溶性大环超分子主体修饰于碳纳米材料表面。这既丰富了纳米材料的种类,同时也增强并延伸了其在多方面的应用,如电化学催化氧化以及电化学传感等领域。另一方面,我们同时着眼于新型碳量子点纳米材料的制备,并探索其在电化学/荧光传感领域的潜在应用价值。主要研究内容如下:一、（1）报道了在水相中制备?-环糊精（?-CD）功能化还原氧化石墨烯（RGO）负载超小尺寸（2.0 nm）Pd–Pt双合金纳米簇电催化剂的方法。由于?-CD中含有大量的羟基亲水基团,通过?-CD功能化还原氧化石墨烯可以显著增加贵金属前驱体(PtCl₆^2-、Pd²⁺)与石墨烯载体之间的相互作用,防止纳米晶的聚集和过度生长,这对催化剂结构的稳定起到很重要的作用。通过该方法可以实现Pd、Pt纳米簇的原位合成。该反应在室温下进行,反应时间为30 min,不需要任何有机溶剂。?-CD与RGO的复合对单分散的2.0 nm Pd-Pt纳米簇的形成起到了关键性作用。由于Pd-Pt纳米簇的单分散、超小尺寸及其固有性质使得Pd-Pt@?-CD-RGO复合纳米材料在碱性甲醇、乙醇催化反应中具有很强的催化活性,对比商业Pd/C呈现出了明显的优势。其良好的催化活性主要归因于三个方面的因素:（a）尺寸仅有2.0 nm且结构稳定的Pd-Pt纳米簇对甲醇或乙醇催化氧化反应有利,增加了其原子利用率;（b）单分散且尺寸均匀的Pd-Pt很好地负载于?-CD-RGO表面,具有高的活性比表面积,催化性能得到提高;（c）共存的双金属原子表面排布以及Pd和Pt双金属之间的协同作用有助于提高催化活性。（2）发展非Pt贵金属纳米材料可有效降低催化剂成本。非Pt贵金属纳米簇,比如Pd纳米簇被认为是燃料电池中很有前途的电催化剂,但其仍然面临着许多问题,如在催化反应过程中易发生团聚。因此增强催化剂的稳定性十分必要。为了解决这一问题,本节中我们开发了一种在水相中原位合成磺化杯[8]芳烃（p-sulfonatocalix[n]arenes,SCX₈）功能化的碳纳米角（SWCNHs）负载超小尺寸（2.5 nm）Pd纳米簇的方法。SCX₈-SWCNHs复合纳米材料中的SCX₈末端存在很多带负电的-SO^3-,这与带正电荷的Pd²⁺前驱体间存在很强的静电相互作用。利用该方法得到了分散性、稳定性较好的电催化剂,Pd纳米簇的尺寸达到了2.5nm。该反应在室温下进行且不需要有机溶剂。制备得到的Pd@SCX₈-SWCNHs复合纳米材料在碱性乙二醇、丙三醇催化氧化反应中具有非常好的稳定性和催化性,对比于商业Pd/C呈现出了明显的优势。其良好的催化活性主要归因于两个方面的因素:（a）尺寸仅有2.5 nm的Pd纳米簇增大了其对甲醇和乙醇的接触面,进而提高了原子利用率;（b）负载于SCX₈-SWCNHs表面尺寸均匀的Pd纳米簇具有高分散性和大的比表面积,有利于提高催化活性。（3）报道了一种通过表面活性剂控制合成Pd-Pt纳米晶的方法。通过水相一步合成法得到了具有不同形貌的Pd-Pt纳米晶,且具有较高的产率。聚烯丙胺盐酸盐（PAH）被用来调节反应还原动力学。以H₂PtCl₆/PdCl₂为前驱体,PAH为形貌控制剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为稳定剂,通过调节PAH的起始用量,制备出了三种Pd-Pt NCs纳米晶（类球状、花状、蠕虫状纳米晶）。与类球状和蠕虫状纳米晶相比,花状纳米晶表现出了更高的电催化活性。结果表明PAH在调节Pd-Pt纳米晶的结构中起到了关键作用。据我们所知,该方法是首次被提出,主要通过改变反应还原动力学以PAH对Pd-Pt NCs进行精确调控。相比于商业Pd/C,Pd-Pt双合金纳米材料在碱性乙醇催化反应中具有更优异的催化性能。二、（1）通过S–Au配位键将巯基?-CD修饰于PTCA功能化的SWCNHs表面,构建了基于?-CD–Au@PTCA–SWCNHs复合材料的电化学传感平台。?-CD具有亲水性的外表面、高的超分子识别能力以及富集能力,SWCNHs具有独特的结构、良好的电化学性能和大的比表面积,由于二者的优良性能及协同作用,该电化学传感平台对杨梅酮和芦丁展现出了较宽的线性范围（0.01–10.00?M）和较低的检出限（杨梅酮的检出限为0.0038?M,芦丁的检出限为0.0044?M）。实验结果表明?-CD–Au@PTCA–SWCNHs杂化纳米材料是非常优异的电极材料,可以被应用于构建电化学传感平台。此外,从理论上对主客体进行了分子对接研究,且得到相应的结合模式。（2）采用绿色合成的方法,反应过程中不添加还原剂以及有机溶剂,将Pd纳米簇负载于RGO表面,得到Pd@RGO复合材料。Pd纳米簇尺寸仅有2.0 nm左右。二硫桥连?-CD（SS-β-CD）为?-CD的衍生物,通过非共价相互作用力将其修饰于Pd@RGO表面。结合Pd@RGO和SS-?-CD二者的优点制备了SS-β-CD-Pd@RGO杂化纳米材料,构建了基于杂化材料的电化学传感平台,并首次应用于黄岑苷和木犀草素的同时检测。与原?-CD相比,SS-?-CD具有更高的超分子识别能力,这可能是由于两个相邻的CD单元的协同作用导致。结合Pd@RGO和SS-?-CD二者的优势,SS-β-CD-Pd@RGO杂化纳米材料构建的电化学传感平台对黄岑苷和木犀草素分别表现出了较宽的线性范围（黄岑苷的线性范围为0.02–20.00?M,木犀草素的线性范围为0.01–10.00?M）和较低的检出限（黄岑苷的检出限为0.0052?M,木犀草素的检出限为0.0070?M）。结果说明SS-β-CD-Pd@RGO杂化纳米材料是优异的电极材料,可以被应用于黄酮类电化学传感平台的构建。该方法被成功应用于血清中黄岑苷和木犀草素的检测分析,具有潜在的实际应用价值。三、（1）结合水溶性柱[6]芳烃（WP6）与氮掺杂碳量子（N-CQDs）二者的优势制备了WP6-N-CQD复合纳米材料,从而构建了高灵敏度、高选择性的WP6-N-CQDs电化学传感平台,并实现了三硝基甲苯（TNT）的电化学传感检测。N-CQDs通过微波法以柠檬酸和尿素为原料合成。?-CD和WP6分别与N-CQDs通过氢键作用和?-?相互作用形成复合材料。通过FTIR、TGA及XPS表征证明复合材料已成功制备。WP6-N-CQD/GCE比?-CD-N-CQDs/GCE表现出更强的电信号,这是由于针对TNT客体分子,WP6比?-CD具有更强的分子识别能力。利用WP6-N-CQD构建电化学传感平台对TNT进行定量检测,得到的线性范围是0.001-1.0?M和1.0-20.0?M,检出限为0.95 nM。构建的电化学传感平台被成功应用于湖水中TNT的检测。通过主客体分子对接研究,我们得出了?-CD/TNT和WP6/TNT的最稳定的包合模式。（2）硝基芳香炸药的监测在国土安全和公共安全方面发挥着至关重要的作用。采用绿色、温和的一步合成法,首次以烯丙胺为单一前驱体合成出了N-CQDs。其合成过程简便、低耗,烯丙胺同时提供氮源与碳源,制备得到的N-CQDs尺寸约为2.88±0.4 nm。该量子点具有很强且稳定的蓝色荧光,其荧光量子产率（QY）为15%。此外,利用表征技术对制备的量子点进行了表征。该量子点具有良好的水溶性,不需任何钝化处理。制备得到的N-CQDs可以作为荧光探针对三硝基苯酚（TNP）进行高选择性识别及检测。TNP对N-CQDs优异的荧光猝灭性能主要是由二者之间的电子转移、荧光共振能量转移及氢键作用等相互作用导致。此外,N-CQDs还具有很多的潜在应用,如荧光墨水等。进一步地,我们对N-CQDs的形成机制进行了研究,发现形成过程中主要发生了聚合与碳化反应。