با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی اثر کایرالیتی و قطر بر خواص الکترونی، ساختاری و مغناطیسی نانولوله¬های کربنی تک دیواره خالص(swcnts) و آلاییده با اتم کبالت و ژرمانیوم مورد بررسی قرار گرفت. در حضور ناخالصی، خواص الکترونی نانولوله¬های فلزی پس از آلایش تغییر چندانی نمی¬کنند در حالی که گاف انرژی در نانولوله نیمه هادی حذف و نانولوله خواص فلزی نشان می¬دهد. نانولوله های آلاییده دارای مغناطش می¬باشند که اندازه ممان مغناطیسی بستگی به شعاع و کایرالیتی نانولوله¬ها و مکان¬های جذب ناخالصی دارد. وقوع فرومغناطیس در غیاب اتم فلز واسطه در نانولوله¬های آلاییده با اتم ژرمانیم به طور عمده از اربیتالp اتم ژرمانیوم و تا حدی از اربیتال p اتم کربن ناشی می¬شود. خواص ساختاری، الکترونی و انرژی¬های پیوند swcnts هیدروژن¬نشانی شده خالص و آلاییده با اتم¬های ژرمانیوم و کبالت نیز به صورت سیستماتیک مطالعه شد. نتایج نشان می¬دهند که در هیدروژن نشانی با پوشش کامل و نیم هنگامی که اتم ناخالصی در داخلی نانولوله قرار دارد ماهیت جذب بستگی به شعاع نانولوله¬ها دارد ولی ثبات سیستم¬های هیدروژن نشانی شده هنگامی که ناخالصی درخارج نانولوله قرار دارد بحث بر انگیز است. در آلایش در خارج از نانولوله اتم¬های ناخالصی می¬توانند به عنوان جاذب اضافی عمل کرده و بنابراین میزان کل جذب هیدروژن را افزایش دهند. به طور کلی جذب با میزان پوشش کامل موجب کاهش انرژی پیوند نسبت به نانولوله¬های خالص هیدروژن نشانی شده می¬شود. جذب فیزیکی مولکولی هیدروژن در داخل و خارجی نانولوله¬های باریک، نقطه¬ی تعادلی و میزان انرژی بستگی یک تک مولکول به عنوان تابعی از نوع نانولوله، شعاع نانولوله و وضعیت قرارگیری مولکول هیدروژن نسبت به نانولوله نیز مورد مطالعه قرار گرفت. محاسبات نشان می¬دهد که میزان انرژی بستگی در مورد جذب داخلی حدود دو برابر بیشتر از جذب خارجی است. شبیه سازی جذب فیزیکی مولکول هیدروژن در نانولوله های کربنی چند دیواره خالص در دمای اتاق با استفاده از روش دینامیک مولکولی نشان می¬دهد که نانولوله¬های چند دیواره در مجموع درصد وزنی جذب کمتری نسبت به نانولوله-های تک دیواره دارند، بنابراین نانولوله¬های تک دیواره سیستم¬های مناسب¬تری برای ذخیره سازی هیدروژن به نظر می¬رسند.

استفاده از انرژی خورشید به عنوان یک منبع رایگان، در دسترس و نامحدود، منجر به ساخت سلول های خورشیدی شده است. سلول ­های خورشیدی متداول که با مواد نیمه هادی مانند سیلیسیم یا ژرمانیوم ساخته می شوند علیرغم بازده خوب دارای هزینه بالایی هستند. از این رو نسل جدیدی از سلول های خورشیدی با عنوان سلول خورشیدی رنگدانه ای مورد توجه قرار گرفته است. جذب نور در این سلول ها توسط یک ماده ی رنگی صورت می پذیرد و سبب برانگیخته شدن الکترون های آن می شود، به دلیل نانو ساختار بودن رنگدانه ها، برای افزایش میزان جذب قابل توجهی از نور خورشید از ماده ای دیگر به عنوان پایه استفاده می کنند. سلول ­ خورشیدی رنگدانه ای نسبت به سایر سلول های خورشیدی از هزینه پایینی برخوردارند همچنین تنوع رنگ، شکل و شفافیت و انعطاف پذیری از دیگر مزایای این نوع سلول های خورشیدی است. این در حالی است که سلول های خورشیدی رنگدانه ای نسبت به سلول های خورشیدی متداول بازده پایین تری دارند، که لازم است درصورت امکان بهبود داده شود. یکی از روش های افزایش بازده این نوع سلول ها بهبود رنگدانه به عنوان جذب کننده حساس به نور است. در این پایان نامه به بررسی طیف اپتیکی گروه های متفاوتی از رنگدانه ها شامل opv3, nkx-2nnn و رنگدانه های cyanine, d5, d7, squaraine, c343 و alizarin پرداخته شده است. در این محاسبات انرژی گاف هومو لومو و پاسخ چگالی بار رنگدانه ها به اختلال خارجی بررسی شده است، نتایج حاصل از محاسبات نشان می دهد با افزایش اندازه رنگدانه ها گاف محاسبه شده مقدار کمتری دارد. از اکسید روی به عنوان نیم رسانا و به منظور قرار گیری رنگدانه روی آن استفاده کردیم، ساختار الکترونی اکسید روی مورد بررسی قرار گرفت، همچنین برای تعیین تعداد لایه ها به محاسبه ی انرژی سطح پرداختیم و مشاهده شد از لایه ی 6به بعد تغییری در انرژی سطح لایه ها رخ نداد. از بین رنگدانه های مورد بررسی رنگدانه ی opv3 trans-trans انتخاب شد و بر روی نیم رسانای اکسید روی قرار داده شد، سطح انرژی باند رسانش اکسید روی پایین تر از سطح انرژی باند رسانش رنگدانه قرار دارد و الکترون برانگیخته از باند ظرفیت رنگدانه به باند رسانش اکسید روی می رود و طیف محاسبه شده حاصل از این مجموعه نسبت به رنگدانه ی اولیه کاهش می یابد . محاسبات با استفاده از بسته ی محاسباتی turbo-tddft صورت گرفته که جزئی از بسته ی محاسباتی کوانتوم اسپرسو محسوب می شود و روش لیوویل لنکشوز را در آن ارتقا داده است.