能源与环境的相关问题激励着科研人员对新能源材料及其相关器件的探索与追求。碳纳米材料,作为一种导电性能优良,高比表面积以及易于调控的材料,能够满足当前社会对于绿色环保的能源以及可持续性发展的需求。为此,本论文从碳纳米材料出发,利用各种物理及化学手段,开展基于功能碳纳米材料的制备和功能组装的工作,研究其在电催化领域的应用。研究成果如下:在第一项工作中,我们利用氧化石墨烯作为基本的构建单元,然后在其上面负载氧化铁纳米颗粒;随后利用氧化铁能对石墨烯进行刻蚀以及能够催化生成碳纳米管的性质,实现了在多孔石墨烯孔洞边缘定位生长氮掺杂的碳纳米管。这种具有独特的孔洞-石墨烯-碳纳米管的多级结构,极大地增强了材料的导电性能,同时能够加速载流子在材料骨架及多级孔道中的传递。因此,该材料在氧还原过程中显示出了高的电催化活性,并且可以作为空气电极应用于全固态锌空气电池中。在第二项工作中,我们首次制备出了一种基于一维的碳化钼纳米带组装的三维网络结构的高效电化学析氢催化剂。通过水热和冻干的方式制备出氧化钼纳米带网络结构,之后在双氰胺气氛中将氧化钼原位地转化为碳化钼。在这个转化过程中,双氰胺气体能够在氧化钼表面形成薄层石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,能够有效防止氧化钼在高温处理过程中的塌陷与聚集。这种三维网络结构在酸性及碱性环境下的电催化析氢中展现出了优异的性能,表现出了较低的过电位和较小的塔菲尔斜率。该工作为构筑高性能电化学析氢电极材料提供了全新的制备方法与设计思路。