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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：5518 發(fā)布時間：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。