旋转圆盘电极（RDE）装置：精密解析电化学反应的核心仪器

　　旋转圆盘电极装置是现代电化学实验室的基石性工具，它不仅仅是一个简单的电极，更是一套精密的流体动力学

控制与电化学测量集成系统。其核心价值在于能够精确控制传质过程，从而剥离出电化学反应的本征动力学信息，是

评估催化剂性能、研究反应机理不可或缺的标准化装置。本文将深入解析RDE装置的构成、工作原理及如何保障实验

数据的权威性与准确性。

　　一、装置核心构成：精密机械与电化学的融合

　　一套完整的RDE装置是一个协同工作的系统，主要由以下核心部件构成：

　　工作电极（旋转圆盘电极）：

　　材质：通常为玻碳、铂、金等，电极表面必须抛光至镜面级光洁度，任何微观划痕都会干扰层流，影响数据质量。

　　结构：电极材料被紧密镶嵌在绝缘体（如聚四氟乙烯或环氧树脂）中，形成平整的圆盘表面。更高级的旋转环盘

电极则在中心圆盘外环绕一个同心环电极，用于检测中间产物。

　　精密旋转器与控制器：

　　这是装置的动力核心，负责驱动电极以稳定、可精确设定的速度旋转（通常范围从50到9800rpm）。

　　高精度控制器确保转速波动极小，这是Levich方程成立的前提，直接决定了极限扩散电流的测量准确性。

　　电解池系统：

　　标准三电极体系：RDE作为工作电极，配合参比电极（如Ag/AgCl，提供电位基准）和对电极（如

铂丝，构成电流回路）。

　　设计考量：电解池需有惰性气体（如高纯氮气、氩气）鼓泡与密封装置，以驱除溶解氧；同时其几何形状

需避免湍流，确保旋转电极周围形成稳定的层流。

　　电化学工作站：

　　作为“大脑”，它向工作电极施加精确控制的电位信号，并同步测量产生的微小电流。其低噪声、高精度的

特性是获取可靠伏安曲线的关键。

　　二、工作原理：由旋转建立的可量化传质边界层

　　RDE装置的科学力量源于其建立的受控流体动力学环境。当圆盘高速旋转时，溶液被垂直“泵”向电极表面，

随后沿径向被抛出。这一过程在电极表面形成一层厚度固定且均匀的扩散边界层。

　　Levich方程的物理体现：边界层厚度δ与旋转速度的平方根成反比（δ∝ω⁻¹/²）。因此，反应物通过此层扩散

至电极表面的速率（即传质速率）与ω¹/²成正比。这正是Levich方程的物理基础，使得装置能够将传质速率从一个

随机变量转化为一个由研究者主动控制的实验参数。

　　分离动力学与传质：通过在不同转速下进行测量，并利用Koutecky-Levich方程对数据进行拟合，可以轻松地

从混合控制的总电流中解析出纯粹由表面反应kinetics决定的动力学电流。这是静态电极无法实现的。

　　三、核心应用场景：从基础研究到产业筛选

　　RDE装置的标准化设计使其成为跨领域比较和评估的黄金平台：

　　电催化剂本征活性评测：在氧还原反应、析氢反应、析氧反应等能源转换关键反应中，排除传质干扰，公平比较

不同催化剂的起始电位、塔菲尔斜率和转换频率。

　　反应机理解析：旋转环盘电极装置能实时捕获并定量中间产物（如ORR中的过氧化氢），为判断反应路径

（2电子vs.4电子）提供直接证据。

　　材料筛选与稳定性测试：在工业化开发前，RDE装置是进行高通量材料初筛和加速耐久性测试（如长时间恒电位循环）

的高效、低成本平台。

　　教学与标准方法：其成熟的理论和完善的操作规程，使其成为电化学专业教学和标准测试方法（如燃料电池催化剂

测试标准）的核心装置。

　　四、确保数据准确性的关键操作指南

　　电极表面预处理：严格的抛光、超声清洗和电化学活化流程是实验成功的第一步，也是最重要的一步。

　　系统的对中与平衡：电极必须与旋转轴完美同轴，任何偏心都会引发振动和湍流，破坏层流模型。

　　严谨的实验环境控制：充分脱氧、恒温控制、使用高纯度电解质，以排除环境干扰因素。

　　规范的测试程序：采用合适的电位扫描速率（通常较慢，如5-10mV/s）以确保准稳态，并在多个转速下进行重复验证。

　　五、总结：超越工具的科学基石

　　旋转圆盘电极装置的价值远超越其硬件本身。它代表了一种将复杂自然过程（传质）标准化、可量化的科学思想。通过

将不可控的随机扩散转化为精确的转速函数，RDE装置为电化学研究提供了一个清晰、可靠的“动力学显微镜”，让研究者

能够直视反应的本质。无论是在前沿的学术实验室探索下一代催化材料，还是在产业界进行严格的品质控制，RDE装置以

其数据的权威性、结果的可比性和理论的严谨性，持续巩固着其作为电化学领域基准测试平台的不可替代地位。掌握其

原理并规范操作，是获得可信电化学数据的基石。

旋转圆盘电极装置 RDE产品参数

1. 设备功能：该系统是一个高精度的旋转控制装置，可以和任意品牌型号的电化学工作站配合使用，用于 HER、

   OER、HOR 和 ORR 等电催化领域动力学研究；

2.转速控制策略：可以采用设备旋钮手动控制，亦可由电化学工作站/稳压电源通过输出电压来精确控制转速；

3.高精度电机+伺服驱动，转速实时反馈、扭矩自动补偿；

4.LED转速显示+数控编码器转速控制，支持一键锁定转速+断电自动记忆转速，保证精准、易于转速调节；

5.转速控制范围：50-9800rpm

6.转速控制精度：每1000rpm的误差小于0.2rpm。

7.接触电阻：<0.5Ω。

8.旋转杆支持360°内的任意角度翻转，便于电极浆料的旋涂功能。

9.电极螺纹接口可同时兼容PINE规格的环盘和圆盘电极头。

10.电极旋转机构与转速控制主机为分体可拆式结构，方便将旋转机构置入手套箱。

11.电解池周边空间大且灵活,支持50ml-1000ml规格的各类电解池。

12.高精度轴承+不锈钢旋转杆，旋转杆长度>200mm,旋转轴轴径16mm。

13.采用长度可调的弹簧+含银量>80%的银碳刷（可拆式）对电极结构，保证电信号传输稳定。