碳纳米笼(CNCs)作为三维尺寸的纳米材料,因其具有独特的中空结构、高比表面积、密度低、以及石墨壳层优异的热学、化学稳定性和电学性能,在锂离子电池材料、超级电容器和燃料电池催化剂载体等方面具有很大的应用潜力。在众多制备碳纳米笼的方法中,模板法由于其设备简单、容易控制、具有很强的操作性和产量大等优点而被广泛使用。在对CNCs合成方法及应用等研究现状进行充分调研的基础上,本论文的主要目的在于发展简便有效的CNCs合成方法,通过实验结果的分析和相关的文献报道,探讨该材料的优越性能并将其首次用于电分析化学传感器领域。主要研究内容如下:(1)本实验以四氧化三铁为模板,乙醇为碳源,通过模板法用强酸去除碳层包覆的四氧化三铁从而得到CNCs。透射电镜(TEM)用来表征CNCs的表面形貌,原子力显微镜(AFM)用来表征材料表面结构,X射线衍射仪(XRD)表征晶格结构,X射线电子能谱(XPS)表征元素组成及化学键结合情况,红外光谱(FT-IR)表征表面官能团。所合成的CNCs显示出较强的稳定性、优良的导电性和通过π-π堆叠作用和范德华力的作用提高电催化氧化生物分子的能力。Nafion是一种全氟磺化阳离子交换剂而且主要由氟碳链的线性骨干和醚乙酯侧基与磺酸型阳离子交换树脂交换的网络构成的。到目前为止,Nafion由于它的机械强度高、化学和热稳定性好,可作为性能最好的阳离子交换膜。而且,Nafion可以减少或者避免电极的污染效应,这些都是电化学检测酚类化合物等经常出现的问题。因此,本实验利用CNCs作为快速的电子转移媒介运用于电化学检测酚类生物分子。实验表明,该CNCs/Nafion生物探针具有高的灵敏度和选择性,将其用于实际测定盐酸多巴胺注射液能够得到满意的结果。(2)合成CNCs与金纳米粒子的复合材料(AuNPs@CNCs),采用循环伏安法和差分脉冲伏安法等电化学手段来测量AuNPs@CNCs复合材料的电化学性能。通过π-π堆积和静电作用合成AuNPs@CNCs复合材料能够产生协同作用,由此来提高电化学传感器的灵敏性,使其具有高的电导性、电催化和选择性氧化等性能。将该复合材料修饰到电极表面用于电化学同时检测邻苯二酚和对苯二酚,实验结果显示出高的灵敏度、宽的线性范围和低的检测限。此外,该修饰电极进一步用于九龙江水样的检测,得到了比较满意的效果。(3)将三维的CNCs与氧化石墨烯(GO)通过一步水热合成法具有三维结构的CNCs-RGO复合材料。该材料用TEM、SEM、XRD和FT-IR来表征其形貌结构。CNCs-RGO复合材料比单独的CNCs和GO具有较高的导电性,将其修饰到电极表面用于电化学同时检测邻苯二酚和对苯二酚显示出高的灵敏度、宽的线性范围和低的检测限。