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L-半胱氨酸在多领域都有着广泛的使用,常使用电催化还原法将L-胱氨酸还原成L-半胱氨酸。目前使用的Pb电极或在其他电极材料上沉积Pb元素的催化电极在酸性电解液中容易产生重金属污染,虽然钛电极也被应用于L-胱氨酸的还原但是效果并不理想,所以选择对环境友好、性能稳定、高催化还原活性的替代材料是目前研究的方向。TiO2作为当代学者研究最多的催化材料之一,在催化领域有着不可忽视的作用。但是这些研究大都来自对TiO2的光催化领域的研究,目前对TiO2电极在电催化领域的报道尚少。考虑到钛较好的稳定性能以及锐钛矿晶型TiO2中的氧空位和过度态的Ti3+,这些优势其实证明在TiO2电极电催化还原领域同样有着较好的发展前景。本工作采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列电极,并化学浸泡和热处理的方法制备了 Ag、In、石墨烯、Zr掺杂的改性TiO2纳米管阵列电极以及极化诱导的Ti3+自掺杂的改性电极以及通过热处理工艺得到的锐钛矿晶型的上述元素掺杂改性电极。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XPS)等方法表征了纳米TiO2电极表面形貌、晶体结构,并用循环伏安测试(CV)、线性扫描伏安测试(LSV)作为电化学分析手段,对制备的电极电化学性能进行了测试及表征。得到的主要结果如下:(1)元素掺杂改性的纳米TiO2管阵列电极的析氢能力变化取决于掺杂元素本身的析氢能力。In析氢过电位比Ti高,掺杂In会小幅抑制电极析氢,有利于减少电极在电催化还原时的析氢副反应,提高电极能源利用效率。(2)在锐钛矿晶型中,-1.01V电势下会出现Ti3+在TiO2电极上的自掺杂。而Ti金属的过度价态Ti3+在电催化还原L-胱氨酸时起到了较好的催化作用。研究发现Ag和Zr均能提高TiO2电极在-1.01V时出现Ti3+的密度,有利于与提升电极对L-胱氨酸的催化还原活性。但是Ag元素掺杂提高了电极的析氢能力,不利于电催化还原L-胱氨酸。(3)对Zr掺杂锐钛矿TiO2电极的电催化还原机理进行XPS、XRD、SEM等表征分析。结果表明,Zr4+成功的负载在TiO2纳米管阵列上。由于Zr4+混入了 TiO2晶型中,替代了其中的部分Ti4+而使其形成更多的氧空穴和Ti3+,使得Zr/TiO2纳米管阵列电极电催化还原L-胱氨酸的催化活性明显提高。