腐蚀是世界各国面临的共同问题。海洋环境复杂多样,受氯离子(Cl-)的影响,海洋结构工程中常使用的低碳钢、不锈钢等金属极易发生腐蚀。目前,海洋金属材料常用的防腐手段有涂层法、缓蚀剂法、电化学保护法等。光生阴极保护是电化学阴极保护的一种,是一种新兴的海洋金属防腐措施,目前研究较多的光生阴极保护材料是半导体TiO2及其复合材料等。TiO2是一种经济、安全、环保的半导体材料,在抗菌、水处理、防污、太阳能电池等方面有广泛的应用,在海洋金属光生阴极保护防腐方面也有可观的应用前景。但是TiO2是一种宽禁带(3.2 eV)半导体,对大部分的可见光不响应,且其量子效率低,光生载流子易复合,应用于光生阴极保护不能对不锈钢起到有效的保护作用,因而本文致力于研究高效的二氧化钛金属复合物在不锈钢防腐方面的应用。本文采用阳极氧化法在钛基底上制备了 TiO2纳米管,并对TiO2纳米管进行了改性,分别复合了硫化银(Ag2S)、锌铁铝水滑石(ZnFeAl-LDHs)和酞菁锌(ZnPc)三种纳米材料。采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、电化学测试(开路电位、光电流密度、极化曲线)等手段表征和探究了 TiO2及其金属复合物的组成、形貌、光吸收及其对304不锈钢的光生阴极保护性能。主要的研究进展如下:本文采用水热法合成了 Ag2S-TiO2复合材料。研究了采用不同硫源-硫化钠(Na2S)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)合成的Ag2S-TiO2复合材料的光生阴极保护性能。研究发现,采用水热法成功的合成了 Ag2S-TiO2复合材料,纳米Ag2S复合改性后材料的光响应范围拓宽到了可见光区域,且光生载流子的分离和传输效率提高,对304不锈钢的光生阴极保护性能得到了极大的改善。相比纯TiO2,Ag2S-TiO2复合材料都表现出良好的可见光吸收和光电转换性能。使用Na2S作为硫源合成的Ag2S-TiO2复合材料对304不锈钢的光生阴极保护效果最佳,可见光的照射下保护电位可以达到-840 mV,远低于304不锈钢的自腐蚀电位,最大光电流密度可以达到30 μA/cm2。本文采用水热法合成了不同浓度ZnFeAl-LDHs的ZnFeAl-LDHs/TiO2复合材料。结果表明,相比纯TiO2,ZnFeAl/LDHs/TiO2复合材料具有较好的阴极保护性能,这是其独特的结构和可见光响应特性的协同机制引起的。ZnFeAl-LDHs的浓度为80 mmol/L时材料具有最佳的光生阴极保护性能,在可见光的照射下保护电位可以达到-760 mV,且关闭光源后电位仍低于304不锈钢的腐蚀电位。此外,该复合材料具有良好的稳定性和耐久性,这为实现有效稳定的海洋金属光生阴极保护提供了可能。本文采用固相合成法成功的制备了 ZnPc纳米材料,然后采用简单涂布法将ZnPc成功负载到TiO2纳米管上。研究结果表明,相比纯TiO2纳米管,ZnPc-TiO2复合材料的可见光吸收有明显的提高。在550 nm处出现了明显的可见光吸收峰。ZnPc-TiO2复合材料都表现出良好的的阴极保护性能,在可见光的照射下保护电位最低可降至-700 mV,光电流密度明显增大,最大光电流密度为90 μA/cm2。本文所采用的三种改性的TiO2金属复合物纳米材料均表现出良好的可见光吸收性能,在304不锈钢的光生阴极保护方面也表现出良好的性能。