304不锈钢(304SS)具有良好耐蚀性,但当其应用于海洋环境中时,氯离子会破坏其表面钝化膜,促进点蚀的产生。光生阴极保护技术是一种新型绿色的阴极保护防腐方法,常以Ti O2作为光电转换中心。但Ti O2带隙过宽且光生载流子易复合,导致其光电活性较差。针对Ti O2的缺点,本文通过阳极氧化法制备了Ti O2纳米管,设计了Sb2S3/Sb2O3/Ti O2、Co3O4/Ti O2和Bi OI/Ti O2三种窄带隙半导体敏化的Ti O2基p-n异质结材料,之后对样品进行了材料表征和光电性能测试,并对其保护机理进行了分析讨论。通过一锅水热法将Sb2S3、Sb2O3同时沉积到Ti O2管上,并考察了反应源浓度对复合膜性能的影响。结果发现纳米网状的Sb2S3促进了Ti O2对可见光的吸收,微米棒状的Sb2O3使载流子沿轴向运动,为载流子传输提供了直接通路;导带较负的Sb2S3将Ti O2费米能级拉向更负的电位,利于电子向304SS的传输;p型Sb2S3与n型Sb2O3/Ti O2内建电场的形成促进了载流子的定向传输。当锑源浓度为48 mmol/L时,三元复合物对304SS保护效果最优,可使其电位降至-0.76V。通过低温水热法,制备了Co3O4/Ti O2复合物,并研究了Co3O4负载量对光生阴极保护效果的影响。结果发现Co3O4的引入使Ti O2吸收波长向可见光移动,带隙减小为2.2 e V。当硝酸钴的浓度为1 mmol/L时,Co3O4/Ti O2对304SS的保护性能最好,偶合光致电位达到-0.69 V,光电流增加为原来的3倍,电荷转移电阻减小一个数量级。Co3O4和Ti O2接触后,由接触前的嵌套式能带结构转变为交错型p-n异质结。在内建电场的驱动下,载流子得到及时分离与定向传输,从而对304SS展现出良好的阴极保护效果。通过连续去离子层吸附反应,将Bi OI原位生长于Ti O2管口,并研究了循环次数对光阳极阴极保护性能的影响。结果发现Bi OI的引入使Ti O2吸收边向长波移动,吸收强度显著增大。当循环次数为5次时复合膜保护性能最优,相较Ti O2,复合膜与304SS的偶合光电流变为9倍多,电荷转移电阻减小两个数量级,极大增加了光生载流子分离率。复合膜光阳极可使304SS电位降至-0.66 V,在暗态下仍可对不锈钢实施长达10 h以上的阴极保护。其优异的性能来自于Bi OI薄层状结构和交错型p-n内建电场的协同作用。