本发明提供了一种多肽直接修饰的碳纳米材料,所述多肽直接修饰的碳纳米材料包括多肽分子和碳纳米材料,其中,所述多肽分子和碳纳米材料通过共价键相连,所述多肽直接修饰的碳纳米材料为采用多肽分子还原氧化态的碳纳米材料所制得的产物,其中,所述多肽分子含有还原性氨基酸,所述氧化态的碳纳米材料含有表面活性基团,所述氧化态的碳纳米材料的表面活性基团为羧基、环氧基或羟基。本发明提供的多肽直接修饰的碳纳米材料具有较好的稳定性,多肽的活性和碳纳米材料的分散性均没有明显改变。本发明还提供了一种多肽直接修饰的碳纳米材料的制备方法及其应用。