吡啶甲酸是一种重要的化工中间体,在医药、农药和染料等领域具有广泛应用。目前,化学氧化法、气相催化氧化法和液相催化氧化法是常用的合成吡啶甲酸方法。不过遗憾的是,这些方法在合成吡啶甲酸过程中存在操作繁琐、反应条件苛刻、能耗污染大等问题。前期相关研究证实,电化学和光电化学氧化法可以用于实现有机物合成反应,且具有操作简便、反应条件温和以及绿色环保等优点。另一方面,电化学和光电化学分解水策略是常用的制取氢气方法,但是其活性常受限于电解池阳极水氧化析氧反应的高过电位。若在电化学和光电化学池阳极上发生动力学优先的有机反应,将会大大提升其阴极的析氢反应活性。基于上述背景及分析,本论文系统研究了在电解池阳极上通过光电化学和电化学策略氧化3-甲基吡啶绿色合成3-吡啶甲酸,并同时在阴极上高效制取氢气的可行性和相关反应机理。论文主要研究内容及结论如下:（1）理论计算表明,3-甲基吡啶氧化生成3-吡啶甲酸反应（E^Θ=0.93 V vs.RHE）在热力学上优先于水氧化反应（E^Θ=1.23 V vs.RHE）发生。实验研究证实,在以WO₃薄膜为光阳极、Pt丝电极为阴极和质子交换膜构建的双室光电化学电解池中,WO₃光生空穴驱动3-甲基吡啶氧化生成3-吡啶甲酸,该反应在动力学上优先于水氧化反应过程。因此,通过WO₃光电氧化策略可以绿色合成3-吡啶甲酸,该反应主要活性物种是WO₃的光生空穴,同时WO₃光电氧化水过程中生成的H₂O₂也参与了3-甲基吡啶氧化生成3-吡啶甲酸反应,阳极目标产物3-吡啶甲酸的选择性接近100%。由于3-吡啶甲酸反应电位低于水氧化反应电位,在含3-甲基吡啶电解液的WO₃光阳极电解池中,Pt丝阴极的析氢反应活性明显高于不含3-甲基吡啶电解池的Pt丝阴极,两种电解池阴极析氢反应法拉第效率相差不大,均接近99%。此外,在WO₃光阳极基电解池3-甲基吡啶电解液中添加少量Cr³⁺,可以借助反应过程中生成的Cr₂O₇^2-/Cr³⁺进一步提高WO₃光阳极合成3-吡啶甲酸反应效率。（2）基于上一章有关H₂O₂可驱动3-甲基吡啶氧化生成3-吡啶甲酸的发现,我们首先研究了以In₂O₃薄膜为阳极,石墨棒为阴极,KHCO₃水溶液为电解质和由质子交换膜构建的电解池中H₂O₂的生成规律。实验结果发现,In₂O₃薄膜阳极可通过二电子途径氧化水产生H₂O₂（2 H₂O→2 H⁺+2 e^-+H₂O₂,E^Θ=1.68 V vs.RHE）,该反应在E=2.2 V vs.RHE时法拉第效率约70%。利用相同结构的电解池,以KHCO₃/3-甲基吡啶水溶液为电解质,在20 mA/cm²恒电流电解反应时,In₂O₃薄膜阳极可以实现3-甲基吡啶氧化生成相应的3-吡啶甲酸反应。机理研究实验证实,In₂O₃薄膜阳极上电化学氧化水过程产生的H₂O₂是促使3-甲基吡啶氧化生成3-吡啶甲酸主要活性物质。此外,以In₂O₃阳极氧化方法还可以合成3-吡啶甲酸其他两种同分异构体,2-吡啶甲酸和4-吡啶甲酸。稳定性测试表明,In₂O₃薄膜阳极在高电流密度下反应10 h前后,自身物化性质变化不大,是一种比较理想的电极材料。此外,在该In₂O₃薄膜阳极基电解池中,阳极目标产物吡啶甲酸的选择性与阴极析氢效率均接近100%。本论文研究提出的电化学和光电化学合成吡啶甲酸途径,具有操作简单、反应条件温和,绿色环保,能同时制取氢气等优点,符合有机物合成可持续发展理念。本论文的研究工作,可以为绿色合成吡啶甲酸提供方法参考,也可为电化学和光电化学合成其他有机物研究提供思路和研究方法参考。