旋转圆盘电极（RDE）与旋转环盘电极（RRDE）：别再傻傻分不清！

在电化学研究中，旋转圆盘电极（RDE） 和旋转环盘电极（RRDE） 是两款“明星”工具。很多初学者甚至部分研究者，

对这两者的概念和用途存在混淆。

注意： 严格来说，您提到的“rrde”通常指代 旋转环盘电极（Rotating Ring-Disk Electrode），而单一的“旋转圆盘

电极”英文缩写为 RDE（Rotating Disk Electrode）。RDE是RRDE的基础，RRDE是RDE的升级版。

本文将为您清晰梳理两者的区别、原理及应用场景，帮助您快速选择适合自己研究的电化学测试工具。

一、什么是旋转圆盘电极（RDE）？

旋转圆盘电极（RDE） 是一个由导电材料（如玻碳、铂、金）制成的圆盘状工作电极。它在电机驱动下围绕中心轴

在溶液中高速旋转。

工作原理

RDE的核心优势在于强制对流。

• 当电极旋转时，会像“水泵”一样将溶液沿垂直方向吸向电极表面，随后沿径向甩出。

• 这种稳定的流体动力学模式使得电极表面的扩散层厚度变得均匀且可控。

• 扩散层厚度与转速的平方根成反比，转速越快，扩散层越薄，传质速度越快。

主要用途

1. 动力学研究：测定电化学反应的动力学参数（如电子转移数、反应速率常数）。

2. 传质控制：消除传统静止电极中传质速度慢、电流不稳定的问题。

3. 氧还原反应（ORR）测试：在燃料电池催化剂评估中，RDE是标准测试工具。

二、什么是旋转环盘电极（RRDE）？

旋转环盘电极（RRDE） 在RDE的基础上增加了一个环电极。其结构由中心的盘电极、外围的同心环电极以及

两者之间的绝缘层组成。

工作原理：独特的“发生器-收集器”模式

• 盘电极：作为“发生器”，施加电位发生目标电化学反应，产生中间产物或最终产物。

• 环电极：作为“收集器”，施加恒定电位检测从盘电极上生成并随溶液径向流出的物质。

• 关键参数：收集效率（N）。它表示环电极检测到的物质与盘电极生成该物质的比值。N仅取决于电极的

  几何尺寸，是固定常数。

主要用途

1. 反应机理研究：实时检测盘电极上产生的中间产物（如氧还原反应中是否生成过氧化氢）。

2. 法拉第效率测定：如测定析氧反应（OER）中氧气产生的效率。

3. 腐蚀研究：分析金属溶解过程中的中间价态产物。

三、RDE 与 RRDE 的核心区别

四、如何选择：RDE 还是 RRDE？

选择 RDE 的情况

• 您只需要评估催化剂对某个反应的整体催化活性。

• 您进行的是常规的动力学参数测定。

• 您的实验体系相对简单，反应路径清晰，无需检测中间产物。

• 举例：初步筛选一批新的氧还原催化剂，看谁的起始电位高、极限电流大。

选择 RRDE 的情况

• 您需要探究复杂的反应机理（例如：氧还原是2电子路径还是4电子路径？）。

• 您需要定量分析反应的副产物（例如：过氧化氢产率是多少？）。

• 您的反应可能存在多种路径，需要环电极进行“在线检测”。

• 举例：研究一种新型单原子催化剂在氧还原过程中是否会生成对燃料电池有害的过氧化氢。

五、RRDE 应用实例：氧还原反应（ORR）路径判别

以燃料电池中最关键的氧还原反应（ORR） 为例，RRDE的优势体现得淋漓尽致：

1. 在盘电极上进行线性电位扫描，记录氧还原的总电流（包括生成水和生成过氧化氢的电流总和）。

2. 在环电极上施加一个足够正的电位，使其能够氧化任何从盘电极上生成的过氧化氢（H₂O₂）。

3. 结果分析：

• 如果环电流很小，说明反应主要通过4电子路径直接生成水（高效）。

• 如果环电流很大，说明反应主要通过2电子路径生成过氧化氢（低效，且过氧化氢会腐蚀催化剂）。

通过公式计算，您可以精确得出反应过程中的电子转移数和过氧化氢产率。

六、实验注意事项

无论您使用RDE还是RRDE，以下几点至关重要：

1. 电极预处理：电极表面必须打磨光亮，确保无划痕和污染物。

2. 催化剂涂覆：对于修饰电极，催化剂墨水（ink）必须涂覆均匀，避免堆积或龟裂，否则会影响扩散过程，

3. 导致测试数据失真。

4. 转速控制：转速需精确控制，常见的测试范围在400 rpm - 2500 rpm之间。

5. 收集效率校准：使用RRDE前，务必使用标准体系（如铁氰化钾/亚铁氰化钾）进行收集效率校准，以确保数据准确性。

总结

• 旋转圆盘电极（RDE） 是研究电化学动力学和活性的利器，适合快速筛选和基础测试。

• 旋转环盘电极（RRDE） 是探索反应机理和中间产物的专家，适合深度机理研究。

理解两者的区别，将帮助您在电化学研究中选对工具，少走弯路。如果您的研究涉及复杂的反应路径，RRDE将

是您不可或缺的得力助手；如果您的重点是材料筛选和性能评估，RDE足以胜任。