旋转圆盘实验综述

旋转圆盘实验综述为了研究电极表面电流密度的分布情况、减少或消除扩散层等因素的影响，电化学研究人员通过对比各种电极和搅拌的方式，开发出了一种高速旋转的电极，由于这种电极的端面像一个盘，所以也叫旋转圆盘电极（rotatingdiskelectrode，RDE），简称旋盘电极，还叫转盘电极。还有基于这种电极进一步改进了的旋转圆环电极等，可以测量更为复杂的电极过程的电化学参数。这种电极的结构特点是圆盘电极与垂直于它的转轴同心并具有良好的轴对称；圆盘周围的绝缘层相对有一定厚度，可以忽略流体动力学上的边缘效应；同时电极表面的粗糙度远小于扩散层厚度。利用旋转圆环圆盘电极可以检测出电极反应产物特别是中间产物的存在形式与生成量，或圆环电极上捕集到的盘电极反应产物的稳定性等，利用这些测量可以探测一些复杂电极反应的机理和获取更多的电极过程信息。因此在现代电化学测量中是常用的测试手段。电镀添加剂的作用机理的探讨或添加剂性能的比较，都可以用到这种电极来进行测试。旋转圆盘电极的极限扩散电流密度公式，由V.GLevich（前苏联）于1942年提出，Levich方程如下，极限扩散电流七是研究电化学动力学的重要参数。如果在不同转速条件下测得值，1作lL-°2图，可求出D；用标准溶液标定后可测反应物种的浓度，常用于定量分析。旋转圆盘电极的极限扩散电流密度公式为：2 11lL=0.62nFAD3°2V一6C方程中：1：levich电流n：电荷转移数F:法拉第常数 A：电极面积D：扩散系数 ①：旋转盘角速度 v：粘度 c：溶液浓度1.旋转圆盘电极建立在电极理论和流体动力学相结合的基础之上，按一般的流体动力学规律处理电化学活性物质的运动。当流体向圆盘表面流动时，涉及到一个很重要的参数即RDE的流体动力学边界层厚度。边界层厚度的计算公式如下：气=3*）12 ⑴在式（1）中，V是动力粘度系数，°是圆盘转速。这一公式是由Kaman、Sparrow、Gregg、Rogers、Lance等科学家推到计算出来，并由Levich定义RDE的流体动力学边界层厚度。有公式（1），我们可以得出：边界层厚度只是流体性质（V）和实验条件（°）的函数，与圆盘半径无关。当物质向圆盘表面传递时，有关于RDE的扩散层厚度的公式：b=1.61DI3V18°-12 （2）公式（2）表明扩散层厚度及物质流量与圆盘半径无关，在圆盘表面其值处处相等。在层流条件下推导出的公式及其意义是电化学测试上获得重现性结果的理论依据。2、2RDE与RRDE（旋转圆盘圆环电极）RRDE环盘电极在圆盘外围设置一个圆环，盘与环之间只有很小的间隙，圆盘或环盘围绕中心轴旋转，转速由一个旋转系统调节和测量。需要配合旋转圆盘圆环电极装置（MSR/ASR）使用。RDE主要是用做机理研究的，比如说反应过程中有中间产物产生，在盘电极上产生的中间物种就会扩散到环电极上，从而对其进行检测。3、应用RDE方法是电化学研究中的一种基本方法，有着以下优点：（1）有着坚实的电极理论和流体动力学的理论基础；（2）定量关系精确，数据重现性好，便于分析；（3）实验条件容易改变。旋转圆盘电极测试方法在金属腐蚀、化学电源、电分析化学、有机电化学等方面有着重要的应用。RDE技术可以用来研究金属的腐蚀：（1）、同一电极上进行的两个共轭反应的区分；（2）、测定金属的腐蚀速度；（3）、预言航船和运动构件的腐蚀电位和腐蚀速度变化；（4）常规的腐蚀实验。4、旋转圆盘电极装置简介旋转圆盘圆环电极装置（PineModulatedSpeedRotator）产品型号：MSR品牌：美国PINE产地：美国4、1仪器简介：配合PINE著名的旋转圆盘或旋转圆盘圆环电极，与恒电位仪联用可组成完整的电化学工作站系统，广泛用于化学电源、电镀、金属腐蚀等应用领域和电化学技术研究上。PINE的旋转圆盘圆环装置及电极是目前国际上电化学领域应用最为广泛的产品，在众多论文中被提及，其优异的性能可以保证实验结果的客观性和稳定性。4、2技术参数：转速范围：50~10,000RPM；高性能加速系统：15W永磁直流电机，配合双极电源技术，具备优异的动力学性能，平滑加速；转速：转速可显、连续可调，并可使用外接电压信号调节速度；耐腐蚀支架：特别设计可调的电解池支架；碳刷：卓越的镀银工艺，形成优异的抗干扰性能，接触电阻极小，可有效降低电流采集误差，使用寿命长；输出电压与转速成正比，可通过外接示波器进行记录，便进行相关分析。4、3主要特点：MSR电极旋转装置的产品型号为AFMSRCE，是PINE公司大众化的产品。其转速为LED显示，通过LED下面的旋钮，可以调节转速，调节范围为50到10,000RPM，显示误差为1%。面板上还带一个电压信号输出接口，外接电压表或数据采集系统，就可以显示电压信号的变化。如果需要，也可以通过面板上的接口，利用一个外接信号源，来调节转速。外接信号源可以是正弦波、方波，以及其它的波形。系统的外部加速特性