旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極的基本工作原理是什么？
2024-10-18
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旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極是電極理論與流體動(dòng)力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，因此它也稱為流體動(dòng)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(dòng)是按流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行的。
基本工作原理：
旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代電分析化學(xué)，以及電極動(dòng)力學(xué)的研究。從四十年代就對(duì)該電極的流體力學(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(pán)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(dòng)力學(xué)粘度。Cm2/秒。
ω：電極的旋轉(zhuǎn)速度。弧度/秒。
C：被測(cè)離子的濃度。
由方程式可知，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(duì)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。
δ=1.61D1/3ω-1/2γ-1/6
式中：
δ：擴(kuò)散層厚度。
D：被測(cè)電原性物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)。Cm2/秒。
γ：溶液的動(dòng)力粘度。Cm2/秒。
ω：旋轉(zhuǎn)速度。轉(zhuǎn)速/秒。
由此可見(jiàn)，電極表面擴(kuò)散層有效厚度δ是一個(gè)可準(zhǔn)確計(jì)算的量，一旦知道D、γ、ω就可計(jì)算δ，電極表面擴(kuò)散層有效厚度δ具有這些優(yōu)點(diǎn)，使之在電分析化學(xué)及工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
