旋转圆盘电极（Rotating Disk Electrode, RDE）是一种重要的电化学研究工具，其工作原理基于流体动

力学与电化学反应的结合，主要用于精确控制传质过程并研究反应动力学。以下是对其工作原理的系统总结：

1. 结构与基本功能

结构：由圆盘状工作电极（通常为铂、金或玻碳等材料）连接至旋转马达，可调节转速（ω）。

功能：通过旋转产生可控流体运动，强化传质，使电流响应受传质控制，便于分离动力学与传质效应。

2. 流体动力学机制

流动模式：旋转时，离心力使液体径向向外运动，同时轴向流动补充，形成稳态层流边界层。

边界层特性：扩散层厚度（δ）与转速相关，δ ∝ ω⁻¹/²，转速越高，扩散层越薄，传质速率越快。

3. 传质与电流关系

Levich方程：描述极限扩散电流（I_lim）与转速的关系：

其中，n为电子数，F为法拉第常数，A为电极面积，D为扩散系数，ν为溶液动力粘度，C为本体浓度。

关键结论：I_lim ∝ ω¹/²，表明传质速率由旋转控制，适用于层流条件。

4. 应用与实验设计

动力学研究：测定扩散系数（D）、反应级数、速率常数（k）等。

控制区域区分：低转速下为动力学控制，高转速下为传质控制，电流趋于稳定。

实验条件：需确保层流（避免湍流）、电极平整、温度稳定，并考虑支持电解质浓度影响。

5. 扩展与进阶技术

旋转环盘电极（RRDE）：环电极检测圆盘反应的中间体/产物，提供反应路径信息。

联用技术：与光谱、质谱等联用，深入分析反应机制。

6. 注意事项

转速范围：需在层流范围内（通常通过雷诺数判断）。

电极维护：避免表面污染或粗糙度影响流体分布。

总结

旋转圆盘电极通过精确调控流体运动，将传质过程标准化，使研究者能分离并量化电化学反应的动力

学参数。其核心理论Levich方程为实验设计提供了定量基础，广泛应用于能源存储、腐蚀科学、催化

等领域，是电化学表征不可或缺的工具。