در بخش اول این رساله، به مطالعه تجربی و نظری هتروساختار¬های RuO2/TiO2 پرداخته شده است. در بخش تجربی، نانوذره-های متخلخل تیتانیوم دی اکسید از یک پیش‌ماده جدید (Na2[Ti(C2O4)3]) تهیه شدند. سپس، درصدهای مختلفی از روتنیم اکسید روی سطح آن بارگذاری شد تا هتروساختار¬های RuO2/TiO2 به¬دست آید. در ادامه، کاربرد فوتوالکتروکاتالیستی هتروساختار¬های تهیه شده در واکنش آزادسازی هیدروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادندکه بارگذاری روتنیم دی اکسید روی سطح تیتانیوم دی اکسید شکاف انرژی HOMO-LUMO را کاهش داده و لبه جذب را تا ناحیه نور مرئی گسترش می¬دهد. این جذب گسترده، فعالیت فوتوالکتروکاتالیستی هتروساختار¬های RuO2/TiO2 را در مقایسه با تیتانیوم دی اکسید و روتنیم دی اکسید افزایش می¬دهد. برای به¬دست آوردن درک عمیق‌تر از افزایش فعالیت فوتوالکتروکاتالیستی هتروساختار¬های RuO2/TiO2 در مقایسه با تیتانیوم دی اکسید خالص، از محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) استفاده شد. نتایج نظری نشان دادند که در هتروساختار¬های تهیه شده، بازترکیبی جفت الکترون-حفره به طور موثری نسبت به تیتانیوم دی اکسید خالص کاهش پیدا کرده است.

در بخش دوم، مطالعه تجربی و نظری کمپلکس¬های [Mn(TPPZ)n+1]2n+ که در آن M فلزهای روتنیم (?) و اسمیم (?) ،n اعداد 1، 2 و 3 و TPPZ لیگاند 6،5،3،2 تتراکیس(2-پیریدیل)پیرازین است، انجام شد. ساختار بلوری کمپلکس¬های تک هسته¬ای نشان می‌دهد که کمپلکس روتنیم (?) در یک سیستم تری¬کلینیکی متبلور شده است، در حالی که کمپلکس¬ اسمیم (?) در یک سیستم تتراگونال متبلور شده است. ویژگی¬های طیف جذبی کمپلکس¬ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. جابجایی قرمز و شدت نوار از تک هسته¬ای به کمپلکس‌های سه هسته¬ای افزایش می‌یابد و باعث تغییر رنگ واضح در ناحیه مرئی می‌شود. برای باز تولید نتایج تجربی، از نظریه تابعی چگالی (DFT) و محاسبات DFT وابسته به زمان (TD-DFT) برای بهینه‌سازی ساختارها، تعیین ساختارهای الکترونی و تعیین حالت‌های برانگیخته کمپلکس¬¬ها استفاده شد.

واژه‌های کلیدی: هتروساختار، تیتانیوم دی اکسید، روتنیم دی اکسید، فوتوالکتروکاتالیست، واکنش آزادسازی هیدروژن، نظریه تابعی چگالی