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旋转圆盘电极简介

时间:2025-02-12     【原创】

  在分析化学中,旋转圆盘电极(RDE)是流体动力学伏安法三电极系统中使用的工作电极。[1]电极在实验过程中旋转,从而向电极感应出分析物通量。这些工作电极在研究与氧化还原化学相关的反应机制以及其他化学现象时用于电化学研究。如果在实验过程中环处于非活动状态,则可以将更复杂的旋转环盘电极用作旋转盘电极。

      NEW旋转圆盘电极主图-4.jpg

  结构


  电极包括一个嵌入惰性非导电聚合物或树脂中的导电盘,该导电盘可以连接到电动机上,该电动机可以非常精细地控制电极的转速。与任何工作电极一样,圆盘通常由贵金属或玻璃碳制成,但可以根据特定需要使用任何导电材料。


  功能


  圆盘的旋转通常用角速度来描述。当圆盘转动时,一些被描述为流体动力学边界层的溶液被旋转的圆盘拖动,产生的离心力将溶液从电极中心甩开。溶液垂直于电极向上流动,从本体中流出以取代边界层。总和结果是流向和穿过电极的溶液层流。溶液流速可以通过电极的角速度来控制,并通过数学建模。这种流动可以快速实现稳态电流由溶液流而不是扩散控制的条件。这与静止和未搅拌的实验(如循环伏安法)形成鲜明对比,在循环伏安法中,稳态电流受溶液中物质扩散的限制。


  通过以不同的转速运行线性扫描伏安法和其他实验,可以研究不同的电化学现象,包括多电子转移、慢电子转移的动力学、吸附/解吸步骤和电化学反应机理。


  与固定电极的行为差异


  循环伏安法中使用的电位扫描反转对于RDE系统是不同的,因为电位扫描的产物不断从电极上扫走。反转将产生类似的i-E曲线,该曲线与正向扫描紧密匹配,但电容充电电流除外。RDE不能用于观察电极反应产物的行为,因为它们会不断地从电极上扫走。然而,旋转环盘电极非常适合研究这种进一步的反应性。RDE循环伏安图中的峰值电流是一个类似平台的区域,由Levich方程控制。极限电流通常远高于固定电极的峰值电流,因为反应物的质量传递受到旋转盘的主动刺激,而不仅仅是像固定电极那样受扩散控制。当然,任何旋转圆盘电极也可以在关闭旋转器的情况下用作固定电极。


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