核心原理：控制传质过程

一个电化学反应通常包含三个基本步骤：

传质过程：反应物从溶液本体移动到电极表面。

电子转移过程：反应物在电极表面得到或失去电子（发生化学反应）。

后续过程：产物从电极表面离开，或发生新的化学反应。

在很多情况下，是传质过程的快慢决定了整个反应的速度。旋转圆盘电极通过精确控制第一个步骤，让科学家能够专门研究第二个和第三个步骤。

通过旋转，它产生了一个稳定的、可计算的流体动力学边界层。反应物必须穿过这个边界层才能到达电极表面。旋转得越快，这个边界层就越薄，反应物到达电极表面的速度就越快。

主要应用和用途

基于上述原理，旋转圆盘电极主要有以下几大用途：

1. 研究电极反应机理

这是它最重要的用途。通过改变旋转速度并测量产生的电流，可以判断一个反应是由 “传质控制” 还是 “电子转移动力学控制”。

如果电流随转速增加而增加，说明反应受传质控制，反应物来不及到达电极表面。

如果电流不随转速变化，说明反应本身（电子转移）很慢，是动力学控制。

2. 测量反应动力学参数

对于受动力学控制的反应，可以定量测量电子转移速率常数。

3. 排除扩散层干扰，获得本征活性

在评估 electrocatalyst（如燃料电池催化剂）时，静止电极的测试结果会受到扩散层的严重影响，无法真实反映催化剂的“本征”活性。使用旋转圆盘电极，可以“搅散”扩散层，在高速旋转下测得的电流更接近催化剂本身的动力学电流，从而可以公平地比较不同催化剂的性能。

4. 研究反应中间产物和路径（旋转环盘电极，RRDE）

这是旋转圆盘电极的一个高级版本。它在中心圆盘外围加了一个同心圆环。圆盘和圆环是电学绝缘的，可以独立施加电位。

工作方式：在圆盘上生成反应的中间产物或最终产物。

检测方式：这些产物会被液流“甩”到圆环上，通过在圆环上施加一个特定的电位，可以检测到这些产物。

典型应用：在氧还原反应中，可以精确量化产生了多少水（四电子路径，理想的），又产生了多少过氧化氢（二电子路径，不理想的）。这对燃料电池催化剂的研究至关重要。

总结

总而言之，旋转圆盘电极的主要作用是：

一个“流体动力学泵”：主动、可控地输送反应物。

一个“分离工具”：将复杂的电化学过程分解，单独研究传质和动力学。

一个“评估平台”：用于准确评估 electrocatalyst 的本征活性和反应选择性（尤其是RRDE）。

它被广泛应用于：

燃料电池（氧还原反应）

金属-空气电池

电催化（水分解制氢、二氧化碳还原）

腐蚀科学

分析化学