近些年,具有纳米结构的多孔碳材料被广泛关注。由于其具有较多的活性位点、高的电活性表面积、较大的孔体积、良好的导电性、易修饰以及结构灵活多变的特性已被广泛应用在电催化剂载体、分离、能源储存以及电化学传感器等研究领域。其中,在多孔碳材料中引入纳米催化剂是提高多孔碳材料电化学性能行之有效的方法。纳米催化剂在碳基质中产生的相互作用影响着纳米复合材料的电化学性能。多孔碳材料与催化剂产生协同作用有利于在不破坏其纳米结构的情况下实现有效分散,从而优化了纳米复合材料的电催化性能。本论文制备了几种基于功能化的多孔碳纳米复合材料,不仅实现了对生物分子及环境污染物的高灵敏检测,而且成功应用于催化氧还原反应。本论文包括以下几个方面:一、我们合成了一种基于铂/二氧化铈负载有序介孔碳三元纳米复合材料（Pt/CeO₂/OMC）。在这项工作中,CeO₂可以作为负载贵金属的活性载体以提高Pt纳米粒子的催化活性,以OMC作为功能性基底材料,通过两步沉淀法成功制备了Pt/CeO₂/OMC纳米复合材料。由于Pt/CeO₂的电催化性能和OMC载体的优异导电性的协同效应,新型Pt/CeO₂/OMC纳米复合材料组装的电化学传感器对肾上腺素实现了高灵敏检测。二、我们采用一种简单的一步水热法制备了棒状钼酸亚钴/三维大孔碳的纳米复合材料（CoMoO₄/MPC）。在合成过程中,MPC为原位负载CoMoO₄提供了有效的支撑。MPC成功的限制了棒状CoMoO₄的生长,并且提高了棒状CoMoO₄的分散性以形成具有良好协同效应的新型纳米复合材料。所构建的CoMoO₄/MPC电化学传感器对葡萄糖实现了高灵敏检测,这使CoMoO₄/MPC成为有前途的高效检测葡萄糖的修饰电极材料。三、金属有机框架（MOFs）衍生的多孔碳（PCs）是一种新型的碳基材料,它保留了MOFs前驱体较高的比表面积,较大的孔体积及其良好的形状。以Pt/UiO-66（一种典型的MOFs）作为前驱体,通过热解法合成了Pt纳米粒子/二氧化锆/多孔碳三元纳米复合材料（Pt/ZrO₂/PCs）。在合成过程中,首先通过水热法合成UiO-66,之后将Pt纳米粒子附着在UiO-66载体上,以Pt/UiO-66作为前驱体,通过高温热解形成Pt/ZrO₂/PCs三元纳米复合材料。结果表明这种Pt/ZrO₂/PCs复合物兼具Pt纳米粒子优异的的电催化性能、ZrO₂的吸附特性以及多孔碳良好的导电性,Pt/ZrO₂/PCs实现了对农药甲基对硫磷的超灵敏检测。四、我们合成了一种新型Co,N共掺杂碳半球纳米复合材料（Co/N/HCHs）,并且将其成功应用于催化氧还原反应（ORR）。首先,我们以二氧化硅粒子作为模板,采用热解刻蚀工艺制备了具有较高的导电性和较高的比表面积的半球状的介孔空心碳（HCHs）。我们将Co,N共同掺杂到HCHs中,N原子可以改变碳原子的电荷密度和自旋密度,增强电催化活性。HCHs独特的多孔结构提供了丰富的缺陷位点,使得Co均匀地嵌入碳支架上。Co/N/HCHs显示出了在碱性介质中良好的稳定性、优异的ORR活性和极好的甲醇耐受性。