本文围绕变价金属和碳纳米材料仿生还原酶的制备及其在氧气和过氧化氢还原中的应用,研究了基于碳黑（CB）、金属有机框架（MOFs）和变价金属材料的设计、制备、价态控制和应用。开展了以下三方面的工作:（1）基于CoPx掺杂的碳纳米材料的制备及其在氧还原方面的应用黑磷烯量子点（BPQDs）富含缺陷的高化学活性位点,为Co²⁺的边缘选择性配位/还原提供了可能性。通过该方法将微量的钴磷化合物（CoPx）掺杂到ZIF-67中,制备CoPx-ZIF材料。随后,将CoPx/ZIF-67在800℃下热处理可制备出CoPx掺杂的多孔碳复合材料（CoPx-NPC）材料,保留了ZIF-67菱形十二面体的固有形态。随着微量CoPx的掺杂材料的传质和电子传输都得到了增强,因此CoPx-NPC表现出具有增强材料催化ORR的初始电位（～-0.06 V vs.SCE）、极限电流密度(-4.703 mA cm^-2)、稳定性以及反应动力学。（2）基于CoOx掺杂的碳纳米材料的制备及其在氧还原方面的应用基于氮掺杂的量子点和Co²⁺的配位作用,制备出Co@NCQDs,并将其负载于碳黑材料上,经过进一步的热处理之后得到一种CoOx-NC材料。CoOx掺杂能增加催化的活性中心和材料的导电性,所以CoOx-NC具有较正的初始电位(E_onset)（～-0.048 V vs.SCE）和半波电位(E_1/2)（～-0.123 V vs.SCE）以及高耐受性和反应活性。（3）基于Cu（Ⅰ）/Cu（Ⅱ）的可控调节构筑H₂O₂仿生还原酶制备了一种Cu-ZIF负载的碳黑基纳米材料（Cu-ZIF/CB）,通过在空气中的热处理,调控Cu（Ⅰ）/Cu（Ⅱ）的值。由于催化剂材料中有CuO和Cu₂O的存在,使得催化剂在催化过程中,能不停地进行着铜价态的转变,进而加速催化反应的进行,同时响应电流值也得到增强。最后将其应用于H₂O₂电化学检测。