光生阴极保护因其节能、环保、方便和高效的优点,已被广泛应用于金属腐蚀防护中。TiO₂作为一种高效、稳定、无毒、低成本的n型半导体,其优异的光电特性以及腐蚀防护性能,常被用在光生阴极保护碳钢中。然而,在使用过程中,铁离子会扩散到TiO₂层,影响其光生阴极保护性能。为了解决这个问题,本论文通过在20钢表面原位氧化形成α-Fe₂O₃层来抑制铁离子的扩散,同时形成α-Fe₂O₃/TiO₂异质结薄膜,在抑制铁离子扩散的同时增强其光生阴极保护性能。（1）通过热氧化和阳极氧化两种方式在20钢上获得两种类型的α-Fe₂O₃过渡层,研究α-Fe₂O₃过渡层的微观结构对α-Fe₂O₃/TiO₂异质结薄膜的光电化学性能和光生阴极保护性能的影响规律。采用紫外可见吸收光谱（UV-vis）、表面光电压谱（SPV）、光致发光光谱（PL）和光电流密度-时间曲线（I-t）测试α-Fe₂O₃/TiO₂异质结薄膜的光电化学性能;采用电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化曲线测试α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜的光生阴极保护性能。结果表明,阳极氧化处理的样品比热氧化处理的样品具有更高的光电转换效率和光生电荷迁移速率。在AM 1.5G辐照下,经过阳极氧化处理的α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜样品作为光阳极,在0.5 M Na Cl溶液中将20钢的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别降低了0.149 m A?cm^-2和297 m V,相较于热氧化处理的样品表现出更为优异的光生阴极保护性能。（2）为了进一步探索α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜对20钢的光生阴极保护性能,研究了阳极氧化时间（6、9、12、15、18和21 min）对α-Fe₂O₃过渡层的微观结构影响规律,以及α-Fe₂O₃/TiO₂的微观结构对其光生阴极保护20钢性能的影响。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）、表面光电压谱（SPV）、电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化曲线测试α-Fe₂O₃/TiO₂异质结薄膜的微观结构、光电化学性能和光生阴极保护性能。结果表明:随着阳极氧化时间的延长,α-Fe₂O₃过渡层厚度、α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜的光电转换效率和光生电荷迁移速率,以及α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜对20钢的光生阴极保护效率都呈先增后减的趋势,其中,当阳极氧化时间为15 min时,α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜表现出最优的光电化学性能和对20钢的光阴极保护性能。在AM 1.5G辐照下,作为光阳极可以将0.5 M Na Cl溶液中20钢的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别降低0.107 m A?cm^-2和265m V。（3）在阳极氧化时间优化的基础上,研究了阳极氧化电压（30、40、50、60和70 V）对α-Fe₂O₃过渡层的微观结构影响规律,以及α-Fe₂O₃/TiO₂的微观结构对其光生阴极保护20钢性能的影响。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）、表面光电压谱（SPV）、电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化曲线测试α-Fe₂O₃/TiO₂异质结薄膜的微观结构、光电化学性能和光生阴极保护性能。结果表明:随着阳极氧化电压的增大,α-Fe₂O₃过渡层厚度、α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜的光电转换效率和光生电荷迁移速率,以及α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜对20钢的光生阴极保护效率都呈先增后减的趋势。阳极氧化电压为40 V时,α-Fe₂O₃/TiO₂薄膜表现出最优的光电化学性能和对20钢的光阴极保护性能。在AM 1.5G辐照下,其作为光阳极可以将0.5 M Na Cl溶液中20钢的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别降低0.095 m A?cm^-2和227 m V。