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一文弄懂旋轉(zhuǎn)圓盤電極的極限擴散電流
閱讀：5621 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)速和流體動力學調(diào)制旋轉(zhuǎn)環(huán)盤的電化學儀器。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結(jié)合的產(chǎn)物，因此它也稱為流體動力學電極。其工作原理的基本要點是：物質(zhì)傳遞和電流密度受控于電化學活性物質(zhì)，而電化學活性物質(zhì)的運動是按流體動力學規(guī)律進行的。
幾十年前就有對旋轉(zhuǎn)圓盤電極的流體力學模型和質(zhì)量傳遞方程進行了大量的研究，其嚴格的，極限擴散電流方程式為：
Id=0.62nFAD2/3ω1/2γ-1/6C
式中：
Id：圓盤電極的極限擴散電流，A/Cm2
n：參與電化學反應的電子數(shù)Cm2/秒。F：法拉第常數(shù)。
γ：溶液的動力學粘度。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，圓盤電極的極限擴散電流Id和轉(zhuǎn)速V的平方根成良好的線性關系，如以Id對N½作圖，可得一直線，其斜率為0.62nFAD2/3γ-1/6C，則可求出反應粒子的擴散系數(shù)D。
利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極可以檢測出電極反應產(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產(chǎn)物的穩(wěn)定性等，利用這些測量可以探測一些復雜電極反應的機理和獲取更多的電極過程信息。