电极的性能不仅取决于电极的宏观尺寸,更与电极的微观尺度和结构密不可分。原位生长的直立有序二氧化钛（TiO₂）纳米管阵列具有较高的比表面积,良好的电化学活性和优良的电催化性能,且物理化学性质稳定。可作为生物分子固定基体和催化活性物质的优良载体。通过采用各种方法,控制纳米管上修饰催化物种的微观尺度和结构,以研究不同结构形貌对修饰复合电极催化性能的影响,具有重要的理论意义和应用价值。本文以钛基上直立TiO₂纳米管为电极基体材料,通过多种电沉积手段,在超声场等的辅助条件作用下,将贵金属Au、Pt、Pd等沉积修饰到纳米管上,研究了电化学及超声条件对贵金属纳米晶生长过程和结构的影响,探讨了贵金属纳米晶的控制生长机理。并探讨了制备得到的贵金属-半导体纳米管复合电极在生物电化学、光电催化和甲醇直接电催化氧化中的应用,为制备新型生物传感器、光电转换器和燃料电池提供理论基础和初步模型。采用阳极氧化方法原位制备了直立于Ti基上的TiO₂纳米管,将Au通过电化学方法沉积到纳米管TiO₂中,形成各种结构的纳米晶体Au,构筑了Au-TiO₂纳米管复合纳米结构催化电极,研究了分散于溶液中和自组装法固定在纳米管TiO₂电极上这两种情况下的细胞色素c（Cyt c）在TiO₂纳米管基体电极上的氧化还原行为。研究结果表明,对于溶液中和固定在电极上的细胞色素c,均能观察到其良好的直接电化学响应。进一步地,以Cyt c╱Au-TiO₂ NTs╱Ti为基础,制备了生物传感器,研究了对H₂O₂还原的电催化响应和测定。线性检测浓度范围为2×10^-6～3.49×10^-4mol╱L,检测限达到1.21×10^-6mol╱L。此外,在3-8的pH值范围内,均具有良好的检测响应。因此,Au-TiO₂纳米管复合电极的研究为制备第三代生物传感器提供了理论平台。以有机电解质阳极化制备的TiO₂纳米管为电极基体,通过各种电化学沉积手段,在外加超声场和脉冲控制条件下制备不同形貌的Pt、Pd纳米晶掺杂TiO₂纳米管复合电极。研究在直立TiO₂纳米管表面控制生长的各种纳米晶Pt、Pd电极的光电催化性能,考察电沉积条件和纳米晶形貌对其光电催化性能的影响。实验结果表明,超声场和脉冲电压电流对晶核的形成及生长具有显著的影响。由于超声和脉冲对形貌的影响而造成各种沉积条件制备得到的贵金属掺杂TiO₂纳米管电极的光电催化性能的不同。贵金属的掺杂能够提高纳米管对可见光的吸收利用率,而Pt和Pd纳米晶形貌的差异进一步影响其光电转化效率。在贵金属控制生长条件基础上,进一步研究了两种金属在TiO₂纳米管上的共沉积行为和控制生长。以Pt和Pd两种具有很高催化活性的贵金属作为主体金属,分别与Au和Cu等辅助金属形成双金属复合纳米晶。将制备得到的双金属纳米晶-TiO₂纳米管复合材料作为催化电极,催化甲醇氧化。研究了不同的双金属组成和结构对甲醇电催化活性的差异。实验结果表明,复合双金属纳米晶修饰TiO₂纳米管电极上修饰贵金属种类和双金属形成的复合结构对催化体系的电催化性能具有十分重要的影响。金属Pd和Pt对甲醇氧化具有良好的催化性能,能够催化甲醇在较低电位氧化。而Pt-Pd双金属体系两种组分相互促进,协同作用,进一步提高了催化剂的催化活性和催化效率。在Pt-Cu体系,Cu作为辅助金属,极大地促进了Pd的催化活性,电流比达到8.75,在研究的几种体系中表现出最佳催化性能。而Au对Pt和Pd的催化活性均表现出抑制作用。通过对各类Pt-M,Pd-M系双金属的催化性能的比较,为制备新型甲醇直接燃料电池催化剂体系提供了相应的理论基础。