近年来,人们发现TiO₂薄膜具有光电化学防腐蚀的特性，它能对金属在腐蚀介质中起到光阴极保护作用，而具有优良的光电化学响应，是TiO₂薄膜发挥光阴极保护作用的基础，因此研究具有更高光电化学响应的TiO₂薄膜，对提高其光阴极保护作用具有重要的意义。本文通过在TiO₂中添加La³⁺和Zn²⁺，对TiO₂薄膜进行改性，以提高其光电化学响应。采用XRD、IR、SEM、UV-vis，对试样的物相结构、性能和表面形貌进行了表征；利用TiO₂半导体特性Mott-Schottky理论对TiO₂的平带电位、空间电荷层的载流子量以及空间电荷层宽度进行了测试；最后在0.2M的NaSO4溶液中，采用开路电位测试、交流阻抗谱和极化曲线测试，综合评价其光阴极保护性能。首次考察了纯镁表面TiO₂薄膜的光电化学响应。并采用第一性原理计算，计算纯锐钛矿TiO₂及掺杂TiO₂的能带结构和态密度，从理论化学的角度探讨掺杂对TiO₂光吸收的影响。同时，TiO₂薄膜耐酸碱、抗光腐蚀，粘附力强，具有很好的遮盖能力，使得它成为一种有前途的防腐蚀保护材料。本文以纯镁为研究对象，通过在TiO₂中添加La³⁺和Zn²⁺，在纯镁表面制备了掺杂的TiO₂薄膜，采用XRD、DSC/TG、SEM，表征试样的组成和结构；通过动电位极化及电化学阻抗谱等表征手段，研究了TiO₂涂覆纯镁在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。本文取得的主要研究结果如下：①TiO₂薄膜光电化学响应的研究。以光照前后开路电位变化值为评价标准，通过正交实验，考察了热处理温度，薄膜层数，H2O₂与TiO₂的体积百分比对TiO₂薄膜光电化学响应的影响。并通过La³⁺，Zn²⁺离子掺杂对TiO₂薄膜进行改性，考察了掺杂浓度，热处理温度，薄膜层数，H2O₂与TiO₂的体积百分比对掺杂TiO₂薄膜光电化学响应的影响。研究发现，温度是影响TiO₂薄膜光电化学响应性最重要的因素，3种薄膜具有最佳光电化学响应的温度均为300℃，这是因为300℃热处理后，TiO₂晶粒完善，平带电位较负，载流子量高。对比3种TiO₂薄膜经过300℃热处理后在光照前后的开路电位变化值，分别为：543.6mv、837.8mv、896.9mv。说明TiO₂薄膜具有良好的光电化学响应，通过La³⁺和Zn²⁺掺杂，提高了TiO₂薄膜的光电化学响应，这是由于载流子量增大所致。La³⁺掺杂抑制了晶粒的长大和晶型的转变，使TiO₂薄膜具有更大的比表面积，同时La³⁺掺杂会造成TiO₂薄膜表面电荷不均匀，表面出现更多的活性中心，有利于表面反应的发生，使光生电子-空穴对得到有效分离；而Zn²⁺掺杂，会在TiO₂薄膜中形成浅势阱，同时在TiO₂薄膜表面生成ZnO小团簇，与TiO₂形成复合半导体，进而提高了TiO₂薄膜的光电化学响应。本文将改性TiO₂薄膜涂覆与纯镁上，首次发现TiO₂薄膜在纯镁上表现出光电化学响应，为在纯镁表面实现TiO₂薄膜的光生阴极保护，提供了实验依据。②电子结构的第一性原理计算表明：纯TiO₂在费米能级附近存在较宽的禁带宽度，Eg=2.21eV。La³⁺掺杂后的TiO₂的禁带宽度Eg=2.11eV，光学吸收曲线计算表明，La³⁺掺杂后的TiO₂较纯TiO₂吸收边红移，扩大了光谱响应范围。Zn²⁺掺杂后的TiO₂的禁带宽度Eg=1.58eV，光学吸收曲线计算表明，Zn²⁺掺杂后的TiO₂较纯TiO₂和La³⁺掺杂后的TiO₂吸收边红移，扩大了光谱响应范围。③纯镁表面TiO₂薄膜的耐蚀性研究。通过正交实验，考查了TiO₂溶胶浓度，薄膜层数，热处理温度对纯镁表面TiO₂薄膜耐蚀性的影响，得到最大阻抗值为1083Ω，较其纯镁阻抗值419Ω有明显提高，说明TiO₂薄膜有效提高纯镁的耐蚀性。同时，研究发现随着温度的升高，TiO₂薄膜出现开裂是TiO₂薄膜耐蚀性下降的重要原因。通过La³⁺，Zn²⁺离子掺杂对TiO₂薄膜进行改性，发现热处理温度依然是影响掺杂TiO₂薄膜耐蚀性的关键因素，其最佳热处理温度为300℃，得到阻抗值分别为：822.5Ω和1437Ω，明显提高了纯镁的耐蚀性，说明掺杂使TiO₂薄膜在高温下更加完整。