Diese Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Der erste Teil befasst sich mit dem Design und der Synthese von Heterostrukturen für eine effiziente Photokatalyse. Der zweite Teil befasst sich mit dem Design neuartiger Substrate für die empfindliche, oberflächenverstärkte Raman-Streuungsanalyse (SERS). Während der Untersuchung verschiedener Hybrid-Nanomaterialien, die als effiziente Photokatalysatoren dienen können, wurden die Halbleiter ZnO und ZnS, die breite Bandlücken besitzen, mit vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren (VACNTs) kombiniert. Dadurch konnten ZnO@CNT und ZnS@CNT Nanokomposit-Heterostrukturen gebildet werden, die nicht nur den ultravioletten Bereich des Lichts, sondern nahezu das gesamte Sonnenspektrum ausnutzen. Durch Atomlagenabscheidung konnten ZnO-Nanopartikel direkt auf VACNTs abgeschieden werden, die in einem Gasphasensulfidierungsprozess in ZnS@CNT-Nanokomposite umgewandelt werden. Abhängig von der Gasphasenumwandlungstemperatur konnten unterschiedliche ZnS/ZnO@CNT, Sphalerit-basierte ZnS@CNT und Wurtzit-basierte ZnS@CNT-Nanokomposite hergestellt werden, wobei bei hohen Umwandlungstemperaturen gezielt Defekte in den ZnS-Nanopartikeln induziert werden konnten. Die Studie ergab, dass ZnS@CNT-Nanokomposite auf Wurtzitbasis mit induzierten Defekten die höchste photokatalytische Aktivität im Abbau von Methylorange als Modellschadstoff unter simuliertem Sonnenlicht aufweisen. Darüber hinaus wurden die photokatalytischen Eigenschaften zweidimensionaler Titanchalkogenide untersucht. Diese Materialien besitzen im Gegensatz zu Titandioxid eine kleine Bandlücke und eine Schichtstruktur, die für photokatalytische Anwendungen vorteilhaft sind. Die verschiedenen Titan-Chalkogenide wurden durch eine chemische Transportreaktion hergestellt, bei dem durch Abstimmung des Verhältnisses der Ausgangselemente und der Reaktionstemperatur eine Reihe verschiedener Titan-Chalkogenide (TiS3, TiS2, TiS, TiSe2 und TiTe) synthetisiert werden konnten. Nichtstöchiometrisches Titandisulfid zeigt eine große Anzahl von Defekten, die für eine hohe photokatalytische und thermokatalytische Aktivität verantwortlich sind. Diese Materialien besitzen die Eigenschaft einer spontanen Bildung von Titansulfid/Titanoxid-Heterostrukturen aufgrund einer selektiven Oberflächenoxidation, wodurch die photokatalytische Aktivität des Materials weiter erhöht werden kann. Des Weiteren wurden neue Ansätze zur Herstellung effizienter SERS-Substrate mit hohen Verstärkungsfaktoren untersucht, da sie für die Spurenanalyse, z.B. von bioaktiven Verbindungen von Interesse sind. Zunächst wurde ein einfacher Ansatz beruhend auf Plasmabehandlung zur Herstellung von SERS-Substraten entwickelt. Verschiedene Plasmabehandlungen unter Verwendung verschiedener Plasmagase und verschiedener Prozessparameter wurden an dünnen transparenten Silberfilmen mit einer Dicke von 10 nm und dicken nicht transparenten Silberfilmen mit einer Dicke von 200 nm untersucht. Es wurde festgestellt, dass Wasserstoff-, Stickstoff- und Argonplasma die Oberflächenrauheit dieser gesputterten Silberfilme erhöht und somit ihre SERS-Verstärkungsfaktoren signifikant gesteigert werden können. Eine kombinierte Oxidations-Reduktions-Plasmabehandlung der 200 nm dicken silbergesputterten Filme durch Oxidation mit Sauerstoffplasma und anschließende Reduktion mit Wasserstoff-, Stickstoff- oder Argonplasma ermöglichte die Bildung komplexer dreidimensionaler poröser Silberfilme mit hohen SERS-Verstärkungsfaktoren. Zusätzlich wurden Substrate mit Kompositstruktur aus Aluminium/anodischem Aluminiumoxid/Silber (Al/AAO/Ag) synthetisiert und untersucht, um die verschiedenen Faktoren, die Einfluss auf die resultierende SERS-Verstärkung haben, aufzuklären. Dabei zeigte sich, dass eine mögliche chemische Verstärkung durch Iodspezies, die in anodischen Aluminiumoxid vom Barrier-Typ durch Iodoxosäure-Elektrolyte eingeführt wurden, die SERS-Verstärkungsfaktoren dieser Substrate im Vergleich zu anderen anodischen Aluminiumoxiden hergestellt mittels eines Citratpuffers sowie auch von porösem anodischen Aluminiumoxid Filmen (PAOX) deutlich erhöht. Diese Erkenntnisse könnten zukünftig für die Herstellung neuartiger effektiver SERS-Substrate auf der Basis von Al/AAO/Ag-Dünnschichten wertvoll sein.