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一文弄懂旋轉(zhuǎn)圓盤電極的極限擴(kuò)散電流

閱讀:5522        發(fā)布時(shí)間:2021-9-15
  旋轉(zhuǎn)圓盤電極是一種微型旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),用于恒定轉(zhuǎn)速和流體動力學(xué)調(diào)制旋轉(zhuǎn)環(huán)盤的電化學(xué)儀器。由一個(gè)短的不銹鋼軸和幾毫米直徑的電極組成了同心圓電極系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)即使是在激進(jìn)的調(diào)制速率或波形下,也能夠高度精確地旋轉(zhuǎn)和調(diào)制。
  
  圓盤電極是電極理論與流體動力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物,因此它也稱為流體動力學(xué)電極。其工作原理的基本要點(diǎn)是:物質(zhì)傳遞和電流密度受控于電化學(xué)活性物質(zhì),而電化學(xué)活性物質(zhì)的運(yùn)動是按流體動力學(xué)規(guī)律進(jìn)行的。
  
  幾十年前就有對旋轉(zhuǎn)圓盤電極的流體力學(xué)模型和質(zhì)量傳遞方程進(jìn)行了大量的研究,其嚴(yán)格的,極限擴(kuò)散電流方程式為:
  
  Id=0.62nFAD2/3ω1/2γ-1/6C
  
  式中:
  
  Id:圓盤電極的極限擴(kuò)散電流,A/Cm2
  
  n:參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)Cm2/秒。F:法拉第常數(shù)。
  
  γ:溶液的動力學(xué)粘度。Cm2/秒。
  
  ω:電極的旋轉(zhuǎn)速度。弧度/秒。
  
  C:被測離子的濃度。
  
  由方程式可知,圓盤電極的極限擴(kuò)散電流Id和轉(zhuǎn)速V的平方根成良好的線性關(guān)系,如以Id對N½作圖,可得一直線,其斜率為0.62nFAD2/3γ-1/6C,則可求出反應(yīng)粒子的擴(kuò)散系數(shù)D。
  
  利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極可以檢測出電極反應(yīng)產(chǎn)物,特別是中間產(chǎn)物的存在形式與生成量,或圓環(huán)電極上捕集到的盤電極反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性等,利用這些測量可以探測一些復(fù)雜電極反應(yīng)的機(jī)理和獲取更多的電極過程信息。

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