نانولوله ها، به خاطر داشتن خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیکوشیمیایی خاص به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. نانولوله های دی اکسید تیتانیوم از خواص منحصر به فردی برخوردار بوده و از کاربردهای گسترده ای در بیومواد، حسگرها، فوتوکاتالیستها و سلهای سوختی و خورشیدی برخوردار هستند. روشهای مختلفی برای سنتز نانولوله های دی اکسید تیتانیوم وجود دارد. در تحقیق حاضر، با استفاده از روش آندایزینگ تیتانیوم در محلولهای آبی و آلی مختلف، نانولوله های دی اکسید تیتانیوم تهیه شده و شرایط بهینه پارامترهای شیمی فیزیکی برای تهیه نانوساختار بدست آمد. در ادامه مورفولوژی و ساختار نانولوله های دی اکسید تیتانیوم با استفاده از روشهای میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس مطالعه و بررسی شد. نتایج نشان داد که آندایزینگ تیتانیوم در محلولهای آلی منجر به ایجاد نانولوله های دی اکسید تیتانیوم بسیار منظم با طول زیاد می شود. به دلیل مساحت سطح زیاد نانولوله های دی اکسید تیتانیوم می توان از آنها به در پیلهای سوختی استفاده کرد. با وجود پیشرفتهای زیاد در زمینه پیلهای سوختی؛ به دلیل هزینه بالای الکترودهای بکار رفته، تاکنون این پیلها به مرحله تجاری سازی نرسیده اند. معمولا از پلاتین و دیگر فلزات نجیب به عنوان آند استفاده می کنند که این آندها بسیار گرانقیمت بوده و در حالت بالک از فعالیت الکتروکاتالیستی نسبتا پائینی برخوردارند. به منظور کاهش میزان فلزات نجیب بکار رفته و در نتیجه کاهش قیمت تمام شده پیلها، تلاشهای زیادی انجام گرفته تا از طریق پخش نانوذرات فلزات مختلف بر روی بسترهای خلل و فرجدار و ارزانقیمت به این اهداف نائل شوند. بعد از تهیه نانولوله های بهینه از طریق دوپ کردن نانوذرات فلزی مختلف، الکترودهایی با مساحت سطح زیاد ایجاد شد و پس از مطالعه بررسی ساختار و مورفولوژی آنها، فعالیت آنها به عنوان آند در پیلهای سوختی مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در این راستا در ابتدا با استفاده از روشهای مختلف شیمیایی و فیزیکی همچون روش غوطه وری، الکترولس، آبکاری الکتروشیمیایی، روش میکروامولسیون و ... نانوذرات مختلف دوپ شده و سپس اکسیداسیون الکتروشیمیایی برخی از سوختهای متداول مانند متانول، اتانول، گلیسرول، هیدرازین و همچنین الکترواکسیداسیون برخی از قندها نظیر گلوکز، گالاگتوز با استفاده از روشهای مختلف الکتروشیمیایی مانند ولتامتری چرخه ای و کرونوآمپرومتری مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی های مورفولوژی نشان داد که رسوبدهی نانوذرات فلزات نجیب بر روی سطح نانولوله های دی اکسید تیتانیوم به خوبی انجام شده است. همچنین مطالعات الکتروشیمی اکسیداسیون الکتروشیمیایی سوختها برروی الکترودهای حاصل نشان داد که درمقایسه با الکترودهای بالک (صاف)، این الکترودها از مساحت سطح زیاد و قابلیت مسموم شدن کمتر برخوردارند و بنابراین با توجه به قیمت تمام شده پائین تر و فعالیت الکتروکاتالیستی مناسبتر می توانند به عنوان آندهای موثر در کاربردهای پیلهای سوختی مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه، امکان استفاده از نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک فوتوآند و ساخت پیل خورشیدی بررسی شد و عملکرد پیل خورشیدی حاصل مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای شیمی فیزیکی پیل خورشیدی همچون راندمان پیل، جریان مدار کوتاه، ولتاژ مدار باز، ضریب تبدیل و ... تعیین شدند. درنهایت خواص الکتروشیمیایی پیل خورشیدی حاصل با استفاده از روشهای مختلف الکتروشیمیایی همچون روش پتانسیل مدار باز، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و ... بررسی و مطالعه شد. درمقایسه با سایر روشهای آندایزینگ، آندایزینگ دومرحله ای در محلولهای آلی منجر به ایجاد نانولوله های دی اکسید تیتانیوم ریزتر شده که از مساحت سطح بیشتری برخوردار بوده و درنتیجه پیل خورشیدی حاصل از راندمان بالاتری برخوردار است.

از خاصیت فتوکاتالیستی tio2 می توان در تصفیه آلودگی ها استفاده نمود. با توجه به این که شکاف باند tio2نسبتا" زیاد (ev2/3) است, این ماده فقط در ناحیه امواج uv فعال می باشد. جهت فعال شدن این فتوکاتالیست در ناحیه مرئی و استفاده بهینه از نور خورشید باید به طریقی شکاف باند آن را کاهش داد. مطالعات نشان داده است که می¬توان با دوپ کردن برخی ترکیبات به این مهم دست یافت. در این پروژه، با روش آندایزینگ همزمان نانولوله های tio2-wo3 تهیه شده و با استفاده از تکنیکهای sem, xrd, edax و uv-visible مورفولوژی, ساختار و خواص نوری آن¬ها مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی ها تشکیل نانولوله ها, وجود تنگستن در این نانولوله ها و کاهش شکاف باند نسبت به tio2 را اثبات نمود. بررسی خاصیت فتوکاتالیستی این نانولوله ها در تخریب رنگ متیلن بلو نشان داد که در اثر دوپ تنگستن, خاصیت فتوکاتالیستی آن ها نسبت به tio2 بهبود یافته است به عبارت دیگر متیلن بلو بیشتری تخریب شده و در غلظت های مختلف تنگستن غلظت 0/012 مولار به علت پاسخ گویی بهتر به تست های ذکر شده به عنوان نمونه بهینه انتخاب شد. در ادامه این پروژه, برخی فلزات مثل طلا, پلاتین, پالادیم و کبالت که هر کدام در غلظت ها و زمان های خاصی در نانولوله¬های tio2 و tio2-wo3 به روش رسوب دهی به کمک نور دوپ شدند و با استفاده از تکنیک های sem, xrd, edax و uv-visible مورفولوژی, ساختار و خواص نوری آن ها مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که فلزات در سطح نانولوله ها حضور داشته و کاهش شکاف باند صورت گرفته است. خاصیت فتوکاتالیستی آن ها نیز برای تخریب رنگ متیلن بلو مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعات نشان داد که در اثر دوپ فلزات خاصیت فتوکاتالیستی آن ها بهبود یافته و دارای پایداری مطلوبی می باشند. در مورد دوپ فلز پلاتین نمونه pt/tio2-wo3در زمان 180 دقیقه به علت پاسخ گویی بهتر به تست¬های ذکر شده و تخریب رنگ بیشتر به عنوان زمان و نمونه بهینه انتخاب شد. برای نمونه های دوپ شده با فلز طلا نیز پس از انجام تست¬های مربوطه نمونه au/tio2-wo3 در زمان 60 دقیقه بهینه شد. در مورد پالادیم, نمونه pd/tio2-wo3 در زمان 60 دقیقه به عنوان نمونه و زمان بهینه انتخاب شدو همچنین کبالت نیز نمونه co/tio2-wo3در زمان 60 دقیقه به عنوان نمونه بهینه انتخاب شد.