本文研究了以对-硝基苯基-β-羟乙基砜为原料在铅板电极上电化学还原制备对-（β-羟乙基砜）苯胺的反应,探究电流密度、通电量、温度和硫酸浓度对电流效率和产率的影响。在最优条件下（电流密度300 A·m^-2,理论通电量6.0 F·mol^-1,温度70℃,硫酸浓度1.5 mol·L^-1）,该反应的电流效率达到92.7%,产率达到93.0%。在该最优条件的基础上向电解液中加入质量分数2.0%的硫酸钛可将产率提升至97.8%,硫酸钛的引入间接缓解了反应后期原料扩散速率慢的问题。

乙酰基吡嗪是一种重要的香料,也被应用于生物、医药等领域。在生产乙酰基吡嗪的过程中会产生含过硫酸铵、Fe³⁺、吡嗪及大量硫酸铵的废水。基于此,本研究拟利用电解法将其中的硫酸铵转化为经济效益较高的过硫酸铵。以铂电极为阳极,石墨电极为阴极,首先在无其他组分干扰的情况下对电解法生产过硫酸铵的工艺条件（如阳极液组成、电流密度、温度等）进行了探索,在阳极液（50 g）含37wt%硫酸铵、15wt%硫酸、0.06wt%硫氰酸铵,阴极液含25wt%硫酸,电流密度为8000 A·m^-2,阳极液温度为30 ^oC,通电量为2 A·h的优化条件下,生成过硫酸铵达到15.83wt%时,电流效率高达89.56%。然后探究了废水中Fe³⁺和吡嗪对电解的影响,并根据乙酰基吡嗪废水的成分配制模拟废水以考察预处理效果。向模拟废水中添加氨水至pH值约为7可使Fe³⁺浓度降至2.7 mg·L^-1。使用硫酸根自由基氧化法降解模拟废水中吡嗪,当过硫酸铵浓度为0.65 mol·L^-1时,降解率可达98.43%。最后,以预处理后的乙酰基吡嗪实际废水为阳极液进行电解,电流效率达85.21%。证明了乙酰基吡嗪废水中硫酸铵电解制备过硫酸铵的可行性。

本研究以Fe₃O₄作为催化剂,活化过氧化二硫酸盐电化学氧化体系,改善土霉素（OTC）的降解为主要内容。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、 X射线衍射（XRD）表征,证明水热法成功制备了150 nm左右的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。通过对比实验证明,同时加入Fe₃O₄与施加电流时表现出优秀的OTC降解能力,经证明在过硫酸盐（PDS）浓度为4.0 mmol·L^-1,溶液初始pH值为7,电流密度j为30 mA·cm^-2, Fe₃O₄磁性纳米颗粒用量为0.1 g·L^-1,初始OTC浓度为70 mg·L^-1的条件时,60 min内OTC降解率可达88.75%,一级动力学模拟曲线的速率常数可以达到0.06069。此外, Fe₃O₄连续循环5次后,依然具有良好的稳定性。Fe₃O₄与电流的存在分别可以促进SO₄ ^·-和^·OH的生成。经自由基猝灭实验证明, SO₄ ^·-和^·OH均负责抗生素降解。

建立能有效处理酸性废水的臭氧类高级氧化技术（AOPs-O₃）是一个有待解决的难点。已有报道表明,臭氧氧化与电解结合（电解臭氧化,E-O₃）可以有效降解中性溶液中的污染物。本文研究了E-O₃在酸性溶液中降解乙酸（HAc,臭氧惰性物）的效率,发现E-O₃在pH小于3时仍具有较高的氧化效率,如在pH为1.0时处理100 mg·L^-1 乙酸溶液2小时后E-O₃的效率达到52.2%,而相同条件下电解和臭氧氧化的效率分别只有2.2%和3.5%。尽管酸度增加会降低E-O₃的氧化效率,但在pH等于0时其仍有相对较高的氧化效率。芳族化合物苯乙酮在pH等于1.0条件下也能被E-O₃有效地降解并矿化。机理解析表明,溶解臭氧或氧气可以从阴极获得电子,从而产生高活性的氧化物种,如羟基自由基。在预处理了一种实际酸性废水中E-O₃也具有较好的效率。本研究为酸性废水的有效（预）处理提供了一种新方法。

本文以吡嗪和丙酮酸为原料,在铅电极上电化学活化过硫酸铵得到的硫酸根自由基为氧化剂,首次采用电化学方法合成了乙酰基吡嗪。探究了电流密度、反应物摩尔比、反应物浓度、过硫酸铵、 pH值对乙酰基吡嗪收率的影响,同时在外加硫酸亚铁的条件下探究复合活化法对收率的影响。在最优条件下（电流密度100 A·m^-2,丙酮酸浓度0.33 mol·L^-1,吡嗪浓度1.00 mol·L^-1）,该反应的收率为44.12%。该工艺反应条件温和,简单易控,利用“清洁能源”电子代替了过渡金属盐以活化过硫酸铵,因而是一种环境友好的乙酰基吡嗪制备方法,具有广阔的工业化应用前景。

从废弃物中回收资源和能量是污染治理的优选途径。本文利用压滤式平板膜电极电解器电解脱硫废水,实现亚硫酸铵资源化为硫酸铵肥料并同步产氢。电解器表现出优良的SO₃^2-催化氧化性能和稳定性。在200 mA·cm^-2电流密度下,电压控制在2 V内,SO₃^2-转化率可达9%。每处理1 m³亚硫酸铵脱硫废水,初始废水中HSO₃^-和SO₄^2-的浓度分别为392 g·L^-1和49 g·L^-1,可获得0.70 t硫酸铵和2.98 kg氢气,消耗电量137.24 kWh,可创造1302.70元利润。

电化学还原硝酸盐过程关键在于该废水处理过程中参数的有效控制。基于硝态氮电化学还原的测试数据和各参数间的相关性，得出与出水效果密切相关的四因素，即反应时间、初始浓度、初始pH和电流密度，采用BP神经网络算法建立了电化学法还原硝态氮的预测模型，并验证了模型的准确性。结果表明，4-7-1型BP神经网络网络构型最优，模型预测的去除效果与实测值相吻合，R²为0.9095。利用BP神经网络模型对参数调控，可以优化电化学处理过程：对电流密度进行阶段性调控，在相同处理量下可降低15%的能耗；在水质波动情况下进行电流密度控制，在相同处理时间内可保证出水达标。该研究结果可以为智能控制电化学去除硝态氮的过程提供参考。

本文介绍了一种用于处理电厂脱硫废水的电聚浮+电解联合工艺深度，实现废水中SS、COD和氯离子的有效去除。通过线性伏安扫描法探究了电厂脱硫废水中亚硫酸根和氯离子在β-PbO₂电极表面的反应机理和相关动力学参数，以此验证了β-PbO₂是良好的亚硫酸盐电催化氧化和电产活性氯的材料。实验室自制方形连续推流式电解槽，分为电聚浮段和电解段。电沉积法自制钛基β-PbO₂网状电极为电解阳极。若以《火电厂石灰石－石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T 997-20006）COD排放标准为处理终点，3.5 V电解电压下某电厂脱硫废水处理能耗仅为10.78 kWh∙m^-3。电解电压为4.0 V时，电解槽运行300 min可去除废水中的绝大多数的COD和氯离子，二者去除率分别为91.43%和92.98%。验证了工艺路线的技术可行性和经济可行性。

由于三元环结构在中间体、天然产品和药物的合成中发挥着重要作用，这使得开发新的策略以获得环丙烷已变得越来越重要。在此，我们提出了一种通过活性亚甲基化合物和芳基烯烃的分子间脱氢环化合成环丙烷的电催化方法。该电化学过程不需要化学氧化剂，允许从廉价和简单易得的原料中快速获得各种官能团化的环丙烷。

芳基取代的苯并噻吩和菲是药物化学和材料科学中的重要结构单元。尽管已经投入了很多来制备这类化合物，并且已经开发了多种方法来构建2-取代的苯并噻吩核心结构，但仍然需要环境友好且有效的合成方法。基于我们以前的以芳基重氮盐为芳基前体的电化学Minisci型芳基化反应，以及来自König小组的工作，本文使用成对电解以苯重氮盐为芳基前体来获得2-芳基苯并噻吩和9-芳基菲。首先，选择2-甲硫基苯重氮盐1a和4-甲基苯乙炔2a作为模型底物，通过考察溶剂、支持电解质、电极材料和电流密度来优化反应条件。经过大量的努力，发现在装备有石墨毡阳极、镍片阴极的单室电解池中，使用n-Bu₄NBF₄作为支持电解质，DMSO作为溶剂，控制在4 mA·cm^-2条件下恒流电解，获得89%产率的所需产物3a。在最佳条件下，考察该电化学方案和底物范围的普适性。结果表明，烷基乙炔和芳基乙炔都适用于该方法，并成功地得到了一系列芳基取代的苯并噻吩衍生物。考虑到菲类化合物在药物化学和材料科学中的广泛应用，将此方案应用到菲衍生物的合成中，获得了相应的9-芳基菲衍生物。最后，通过循环伏安法分析了可能的机理。2-甲硫基苯重氮盐1a在CH₃CN中相对于Ag/Ag⁺在-0.4 V处产生一个显著的不可逆还原峰，而在扫描电位窗口中没有检测到苯乙炔2a的信号。此外，尽管峰电流略有增加，2a的存在没有改变1a的还原峰电位。这些结果表明1a的还原比2a的还原容易。基于循环伏安分析和光催化结果，我们提出了成对电解机制，即芳基重氮盐1a在阴极的电化学还原产生芳基5a，然后芳基5a加成到苯乙炔上，在分子内环化后产生乙烯基6a和磺酰基7a。最后，7a的阳极氧化，接着用DMSO脱甲基化，生成目标产物3a。总之，我们发展了一种成对电解法来合成2-芳基苯并噻吩衍生物和9-芳基菲衍生物。该方案具有广泛的底物范围和官能团耐受性，进一步证明了芳基重氮盐作为多用途芳基自由基来源通过电化学还原产生芳基自由基的实用性。

β-氨基酸在医药领域有着广泛的应用。本文利用镍催化的成对电解策略，发展了一种羰基α-芳基化反应，实现了α-芳基-α-氰基乙酸酯的合成。产物可通过简单还原制备α-芳基-β-氨基酸，具有极高的附加价值。在温和条件下，以缺电子芳基溴与α-氰基乙酸酯为底物，可以良好的收率获得目标产物，且具有较好的官能团兼容性。当芳基溴过于富电子时，目标产物发生自偶联。使用DFT计算了产物负离子的还原电势，表明了富电子芳基取代使产物还原电势降低，更易于在阳极发生氧化。通过电化学分析和机理实验，推测为烯醇负离子配体交换型机理而非自由基加成型机理。

过渡金属络合物在电化学合成中获得了广泛的应用，其中配体对于络合物在电场中稳定性、催化活性以及选择性的影响还了解有限。4-氰基-吡啶作为一种高效吡啶化试剂，在自由基化学中获得广泛应用。在前期的工作中，我们实现了电化学条件下，手性双膦配体钯络合物催化4-氰基-吡啶与烯丙基醋酸酯反应，构建了多种手性烯丙基吡啶化合物。我们发现双膦配体对反应有着关键的作用，决定着反应的活性、区域选择性和对映选择性。在本工作中，我们系统性地研究了多种双膦配体钯金属络合物，在烯丙基醋酸酯与氰基吡啶的电化学还原偶联过程中的性质。通过控制实验，电化学分析以及理论计算等方法，我们揭示了双膦配体对于络合物稳定性及反应区域选择性的影响。进而，我们发现在电场条件下存在一个非稳定价态的过渡金属络合物。这个非稳定价态的过渡金属络合物中，双膦配体可以将电荷和自旋密度分散于整个络合物之中，而不是局限于金属离子之上。这样，络合物既可以作为电子转移催化剂，也可以作为过渡金属催化剂，同时控制整个电子转移过程以及成键过程。我们认为这种配体与金属在电场条件下的非稳定价态络合物，展现了电化学条件下过渡金属催化的独特能力，这有助于发展未来的新型的电化学催化体系。同时，我们还发现锌电极至关重要，其不仅可以活化4-氰基吡啶，还可以淬灭氰根离子，展现出Lewis酸性金属离子的特殊用途。

近年来，含有氘原子的化合物在包括材料和生物医药在内的各个领域中的重要性日益增加，被广泛应用于化学和生物学的机制研究中，将氘原子引入有机化合物已经成为药物分子发展的重要方向之一。同时，在非生物活性物质的活体内氚标记的化合物也发挥了重要作用。自美国食品药品监督管理局（FDA）批准的第一种用于临床治疗的氘化药物问世以来，氘标记的化合物就迅速成为人们关注的焦点，各种有机化合物的氘化方法被广泛开发。其中，卤化物的还原氘化具有高选择性的优势，但是大部分反应策略受到氘源和催化模式的限制。有机电合成作为一种相对绿色的催化模式以及其对氧化还原反应的广泛适应性，电化学卤化物的还原氘化成为替代传统卤-氘原子交换的重要方法之一，它避免了传统方法中过渡金属催化剂、金属试剂及昂贵氘代试剂的使用。近年来卤化物的电化学脱卤氘化得到很快的的发展，电化学脱卤氘化通常仅需要重水作为最廉价易得的氘源就能高效得到高氘代掺入率的产物，这为氘代化合物的合成与发展提供了重要的支撑。本文根据卤化物的类型，综述了电化学条件下芳基卤化物和烷基卤化物还原氘化的最新进展以及其反应机制，有望为未来更为广泛的氘代方法研究以及氘代化合物的研究提供一定的基础.