环境污染及能源枯竭是人类生存和社会发展中面临的两大世纪难题。纳米半导体材料和纳米技术的问世为人类迎接这两大挑战指引了新方向。TiO₂因其优异的物理化学稳定性、廉价易得等特点在光电转换和催化领域引起了广泛关注。其中,TiO₂纳米管作为TiO₂最常见的一种形式,具有比表面积大、催化效率高、物化性质稳定等优势,被广泛应用于燃料电池的催化电极和CO₂还原领域中。然而,由于TiO₂本身对可见光利用率不高、导电性差、电子和空穴容易复合,所以依靠单纯的TiO₂并不能很好的实现以上目标。本文着眼于TiO₂的改性研究,先后采用石墨烯和贵金属修饰,并将其应用于甲醇氧化和CO₂光电还原中。主要研究内容具体如下:（1）采用阳极氧化法在柔性钛丝上成功制备了排列有序、孔径长度均一的TiO₂纳米管（TiO₂NTs）,煅烧晶化后作为工作电极在三电极体系中通过脉冲电沉积技术在氧化石墨溶液中制备TiO₂NTs/石墨烯复合材料RGO-TNTs。继续以RGO-TNTs为工作电极,以三氯化钌和氯铂酸为电解液,采用多电位阶跃法制备出粒径约为5nm的PtRu双金属材料。通过控制沉积循环次数来调控PtRu的沉积量。分别探究了Pt/Ru比为1:0,1:1,1.25:1,1.5:1,1.75:1,2:1时所得材料对甲醇的电催化氧化,通过对比分析,选出最佳Pt/Ru摩尔比。（2）以三氯化钌和氯铂酸的混合溶液为电解液,采用多电位阶跃法制备出了比传统PtRu粒子大的粒径为50nmPtRu-alloy-RGO-TNTs的合金材料。通过TEM和SEM对其表面和内部形貌做了表征,通过元素分布图、EDS等分析了PtRu-alloy-RGO-TNTs的元素组成。以PtRu摩尔比为1.25:1时的PtRu-RGO-TNTs和混合沉积得到的PtRu-alloy-RGO-TNTs两种材料为研究对象,对比分析两者对甲醇的催化氧化性能以及其它电学特性。探究石墨烯对PtRu-alloy-RGO-TNTs特性的影响,并对温度对复合材料催化活性和稳定性的影响作了系统分析并确定最佳工作温度为70℃。（3）以PdCl2为电解液,以制备的RGO-TNTs为工作电极在三电极体系中成功制备了Pd-RGO-TNTs复合材料。为了探究催化剂的光电特性,展开了对其漫反射、光电流、荧光、交流阻抗等实验,实验结果显示,Pd-RGO-TNTs复合材料展现出良好的光电特性。催化剂在光电共同作用下成功将CO₂还原为CH3OH、C2H5OH,产量分别为1624 nmol/cm2?hr,536 nmol/cm2?hr,在控制CO₂浓度的同时实现了碳的资源化。