光生阴极保护是一种环境友好的新型金属防腐技术。TiO2由于其高导带能级、化学稳定性成为光电阳极的候选材料。但宽禁带的TiO2量子产率低、暗态下不可持续等缺点限制其实际应用。论文制备了Ti基TiO2纳米管阵列,采用窄禁带有机和无机半导体敏化构建有序多重异质结构,提高其光生阴极保护性能;通过构建不同金属-半导体异质结,建立光生阴极保护系统内电场与电荷转移之间的关系,为光生阴极保护技术的发展和半导体选用提供理论依据。主要研究内容和结果如下:(1)通过电化学两步阳极氧化法和电化学阳极聚合法制备了 p型有机半导体聚噻吩(Pth)敏化TiO2纳米管阵列(TNAs)复合材料。研究了不同聚合时间Pth/TNAs样品的形貌、光学性能和光电化学性能。合适沉积量Pth/TNAs样品增强了光吸收,增加了驱动电子转移至耦联金属的内电场,提升了Pth/TNAs复合材料的光电化学性能,引起其对304不锈钢光生阴极保护性能的明显改善。同时,暗态下p-n异质结和肖特基异质结中的连续电子迁移会减缓金属腐蚀的电子回流,展现出暗态下光生阴极保护的应用潜力。(2)采用简便的超声辅助连续离子层吸附和反应法将In2S3量子点沉积到TiO2纳米管阵列表面。通过控制沉积次数研究了 In2S3的适宜沉积量。两次循环沉积的In2S3/TNAs样品具有最优的光电化学和光生阴极保护性能。这主要得益于窄禁带的In2S3拓宽了光吸收范围,同时In2S3/TiO2界面处n-n异质结也提高了光生载流子分离效率。高量子产率增加了异质结电位差,从而改善了TiO2纳米管阵列对304不锈钢的光生阴极保护性能。(3)TiO2、γ-Fe2O3和NiO纳米颗粒电极与金属电连接,研究金属-半导体异质结内电场对金属腐蚀的影响。通过光电化学和腐蚀形貌分析了半导体对金属光生阴极保护和光致腐蚀性能。N型半导体TiO2和p型半导体NiO为耦联的304不锈钢和Q235碳钢提供光生阴极保护。而γ-Fe2O3在光照下会引起Q235碳钢的腐蚀加速,减缓304不锈钢的腐蚀。光生阴极保护和光致腐蚀由半导体平带电位和金属腐蚀电位所决定,二者之间形成内电场驱动电荷转移。