本發明提供了一種多肽直接修飾的碳納米材料,所述多肽直接修飾的碳納米材料包括多肽分子和碳納米材料,其中,所述多肽分子和碳納米材料通過共價鍵相連,所述多肽直接修飾的碳納米材料為采用多肽分子還原氧化態的碳納米材料所制得的產物,其中,所述多肽分子含有還原性氨基酸,所述氧化態的碳納米材料含有表面活性基團,所述氧化態的碳納米材料的表面活性基團為羧基、環氧基或羥基。本發明提供的多肽直接修飾的碳納米材料具有較好的穩定性,多肽的活性和碳納米材料的分散性均沒有明顯改變。本發明還提供了一種多肽直接修飾的碳納米材料的制備方法及其應用。