随着环境问题和能源危机日益严重,探索环境友好型新能源已成为社会发展的当务之急。新型能源中清洁、可再生的氢能是最具前景的化石燃料替代能源之一。在氢气制备方法中,电解水制氢由于其高效、无污染等优势已成为极具发展潜力的制氢技术,然而电解水反应需要高活性电催化剂来降低其反应过电势。目前,贵金属铂（Pt）和二氧化铱/二氧化铷（Ir O₂/Ru O₂）分别被认为是最好的电催化析氢反应（Hydrogen evolution reaction,HER）和析氧反应（Oxygen evolution reaction,OER）催化剂,但其高昂的价格和稀缺的储量限制了其在电解水领域的广泛应用。因此,开发一种具有高催化活性和成本效益的非贵金属催化剂十分关键。本文利用铁系金属硼化物（Iron group metal borides,IMBs）、硼掺杂石墨烯（Boron-doped graphene,BG）制备了基于硼掺杂垂直石墨烯（Boron-doped vertically oriented graphene,BVG）负载IMBs合金粒子的双功能电催化剂,应用于广p H范围内的全水解反应中。此外,进一步探索了掺杂垂直石墨烯负载金属在环境监测领域的应用,构建了基于氮掺杂垂直石墨烯（Nitrogen-doped vertically oriented graphene,NVG）负载纳米金粒子（Au nanoparticles,Au NPs）的乙酰胆碱酯酶（Acetylcholinesterase,ACh E）生物传感器,用于检测实际水样中的有机磷农药（Organophosphorus pesticides,OPs）。（1）本文采用水热法制备出BG并以此作原料,采用一步电沉积法制备IMBs/BVG复合催化剂。利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）、X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）等先进表征技术,研究IMBs/BVG复合催化剂表面性质和结构组成。利用电化学测试手段,研究IMBs/BVG复合催化剂的电催化性能,结果表明,IMBs/BVG催化剂在电流密度为10 m A cm^-2时在碱性、酸性、中性溶液中HER过电位分别为41、140、168 m V,OER过电位分别为163、570、110 m V,并且在长达10 h的稳定性测试过程中,全p H范围内（0-13.8 p H）HER、OER催化活性基本不变,显示出良好的稳定性。本文所制备的新型双功能电催化剂实现了催化剂在全p H全水解领域的突破,在全水解反应中显示出优于大多数文献报道的极低过电势与塔菲尔斜率,并在全p H范围内显示出优秀催化活性。（2）进一步,通过一步电沉积法制备基于掺杂垂直石墨烯的新材料应用于环境监测领域。采用加热回流法制备了氮掺杂石墨烯（Nitrogen-doped graphene,NG）并以此作为原料,采用一步电沉积法制备Au NPs/NVG复合材料。利用SEM、能谱仪（Energy dispersive spectrometer,EDS）、拉曼光谱仪等先进表征技术,研究Au NPs/NVG复合材料框架结构和金属粒径。然后利用半胱氨酸（Cysteine,Cys）将ACh E固定于Au NPs/NVG复合材料表面,最终构建了ACh E/Cys/Au NPs/NVG生物传感器。利用电化学测试手段,研究该生物传感器的电化学性能,结果表明,在最佳条件下,该生物传感器对马拉硫磷和甲基对硫磷的检测极限分别是3.0×10^-16 mol L^-1和2.3×10^-14 mol L^-1,在蒸馏水、自来水、水果样品检测中,ACh E生物传感器的回收率在94.0%-106.0%之间。与其他文献中报道的生物传感器相比,本文构建的ACh E生物传感器展示出极低的检出限、很高的灵敏度、令人满意的重现性、良好的回收率、杰出的稳定性以及较好的实际应用潜力。