随着不可再生能源的不断消耗和随之带来的环境污染问题日益加深,研究者们对于清洁能源的关注度逐渐增加。乙醇,作为一种可再生能源,其衍生出的新型能源产物,创造出了较好的经济效益。例如,乙醇汽油,是目前世界上可再生能源的发展重点。过去的二十年中,直接利用乙醇作为能源形式的科学研究呈指数增长。除此之外,由乙醇衍生出的其他形式的新能源装置,如生物燃料电池（BFCs）,也是科学研究的热点对象之一。酶生物燃料电池（EBFCs）作为BFCs的一种,是直接或间接地利用酶,在电化学催化下进行氧化还原反应,将化学能转换为电能的一种绿色新能源装置。另一方面,对乙醇分子的精准检测,在法医科学、临床分析等其他工业领域显得尤为重要。碳纳米材料,由于其良好的导电性和生物相容性,已被广泛应用于许多电化学领域,如电化学传感器、BFCs等。随着先进纳米技术和方法的普及,具有各种纳米结构的碳材料,尤其是以生物质为前驱体制备的碳纳米材料,由于其对环境友好、来源广、成本低廉等优点,成为了当下可持续发展理念中的研究热点。本文合成了环境友好的、基于生物质的三维碳纳米气凝胶材料,并将这种气凝胶作为电极的修饰材料,制备了基于乙醇氧化酶（AOD）的乙醇生物燃料电池和乙醇电化学传感器,且研究了燃料电池和传感器的性能,具体内容如下:（1）我们以廉价易得的薯蓣作为原料,合成了氮掺杂的、且具备三维珊瑚状分层微介孔结构的碳纳米气凝胶（DCAs）,利用DCAs作为丝网印刷电极（SPE）的修饰材料,AOD作为催化剂,使用四硫富瓦烯（TTF）为氧化还原媒介体,将壳聚糖（CS）溶液滴于电极表面,获得生物阳极CS/AOD-TTF/DCAs/SPE。在生物阴极上,将胆红素氧化酶（BOD）固定在DCAs修饰的SPE表面,获得BOD/DCAs/SPE。以此构建了一种无膜的乙醇/O₂酶生物燃料电池。在室温含5 mM乙醇的缓冲溶液中电池的开路电压（OCV）达0.49 V,最大功率密度为1.8μW/cm²,并成功利用该电池实现在不同含乙醇的饮料中发电。（2）我们利用已经合成的DCAs作为电极的修饰材料,构筑了一种基于AOD的乙醇电化学生物传感器（AOD/DCAs/SPE）。在该传感器上乙醇的测定是基于酶促反应中消耗的溶解氧,与碳纳米管（CNTs）为电极修饰材料制备的生物传感器性能相比,具有0.1-1 mM（R²=0.997）和1-3.5 mM两个更宽广的线性范围（R²=0.999）（灵敏度为1.072和0.591μA/mM cm²）和较低的检测限（52.7μM）。特别是,我们制备的生物传感器可用于准确测量真实样品（例如商业饮料和唾液）中的乙醇,并对饮用该饮料的人的唾液中的乙醇含量的变化水平进行监测。