海洋腐蚀是影响海洋工程结构耐久性和安全性的关键因素。海水中具有高离子活性、强渗透性和小离子半径的氯离子会轻易破坏金属表面的钝化膜，从而显著加速腐蚀[1]、[2]、[3]、[4]。这一过程会导致结构完整性下降、使用寿命缩短，并带来潜在的经济和环境风险[5]。在腐蚀减缓策略中，阴极保护被广泛采用，通过施加阴极电流将金属极化到更负的电位来抑制腐蚀[6]、[7]、[8]。主要技术包括牺牲阳极法和外加电流法；然而，这两种方法都受到阳极材料消耗和依赖外部电源的限制[9]。
光电化学（PEC）阴极保护利用半导体材料将太阳能转化为电流，从而为金属结构提供阴极保护[10]、[11]、[12]。在光照下，半导体内部会产生电子-空穴对。光生成的电子使被保护的金属极化成阴极状态，而空穴则通过氧化还原反应被消耗。尽管像TiO2这样的半导体具有稳定性且成本低廉，但其宽带隙限制了光吸收主要发生在紫外区域，电荷载流子的快速复合严重影响了整体效率[13]、[14]。已有许多研究致力于提高TiO2的光电性能。在各种策略中，构建异质结（例如II型[15]、[16]、[17]、S型[18]）已被证明可以显著提升TiO2基光阳极的性能。例如，Wen等人[18]提出了一种共价有机框架（COF）改性的异质结，用于镍磷涂层镁合金的可持续PEC阴极保护。这种改性的异质结保持了强大的氧化还原能力，并表现出优异的长期稳定性，为设计和合成高效稳定的光电化学和PEC阴极保护光阳极提供了新的见解。
层状双氢氧化物（LDHs）是一类由两种或更多金属阳离子组成的阴离子层状材料。其基本结构由带正电的金属氢氧化物层与层间阴离子和水分子交替堆叠而成。通用化学式表示为[M1−x2+Mx3+(OH)2]x+(An−)x/n⋅mH2O，其中M2+代表二价金属阳离子（如Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+），M3+表示三价金属阳离子（如Al3+、Cr3+、Fe3+），An−表示层间阴离子（如CO32−、NO3−、Cl−）[19]、[20]。精确调控LDHs中的金属组成可以优化其带结构，使其与目标基底基质的带结构完美匹配[21]。这会在界面处形成异质结，内置的电场有效驱动光生成电荷载流子的分离，从而抑制复合。最近有报道指出，在存在空穴清除剂的情况下，LDH改性的光阳极（ZnFeAl–LDH/TiO2 [22]、NiGa–LDH/TiO2 [23]）表现出良好的PEC阴极保护性能。同时，NiCo–LDH/TiO2 [24]和CoNi–LDH/ZnO [25]光阳极在不使用空穴清除剂的情况下也能提供保护作用。这种行为归因于Co2+/Co3+氧化还原反应对光生成空穴的消耗。然而，在没有空穴清除剂的情况下，这些光阳极的长期性能仍不尽如人意。
对高效空穴清除剂（如Na2S/NaOH）的依赖性是TiO2基光阳极在PEC阴极保护中实际应用的主要障碍。为克服这一挑战，必须通过环境中的物质（如H2O、Cl−、OH−）高效消耗光生成的空穴。光生成的空穴可以通过直接和间接途径被消耗。在直接途径中，空穴直接被环境物质氧化；而在间接途径中，空穴首先氧化半导体材料本身，随后被环境物质还原。先前的研究[24]、[25]、[26]、[27]表明，这种间接机制会导致材料降解，进而影响长期性能。科学上很有趣的是，直接消耗空穴是否能够提升光阳极的长期性能。
Z型异质结的电子转移机制中，低能量的电荷被结合，使得高能量的电子和空穴可用于反应。在Z型系统（如g-C3N4/BiVO4 [28]和CdS/ZnFe2O4 [29]）中，保留的高氧化空穴可以有效降解污染物或驱动水氧化，这体现了直接利用空穴的原理。因此，如果TiO2基光阳极中形成的Z型异质结产生的高氧化空穴能够被环境物质有效消耗，就可以解决这些光阳极对空穴清除剂的依赖性问题，从而显著推进光电化学阴极保护技术的实际应用。
与NiCo-LDH/TiO2和Co(OH)2/TiO2光阳极不同，Co2+/Co3+转变可能导致光生成空穴的消耗，从而影响长期性能。而ZnAl层状双氢氧化物（ZnAl-LDHs）提供了一个有前景的替代方案。ZnAl-LDHs中的Zn2+和Al3+都处于最高氧化态，防止了通过M2+/M3+转变消耗空穴，从而避免了相关的降解机制。因此，在本研究中，制备了ZnAl-LDH改性的TiO2光阳极，并在没有空穴清除剂的情况下评估了其长期性能。ZnAl-LDH的窄带隙增强了可见光吸收，而ZnAl-LDH与TiO2之间的带对齐形成了Z型异质结。实验结果证明了ZnAl-LDH/TiO2不依赖空穴清除剂。
