xin-旋转圆盘电极ppt课件.ppt

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1、旋转圆盘电极刘瑶20161126旋转圆盘电极为什么使用旋转圆盘电极(RDE)?旋转圆盘电极的原理旋转圆盘电极的装置旋转圆盘电极的操作旋转圆盘电极的应用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。为什么使用旋转圆盘电极？旋转圆盘

2、电极比静止电极有以下优点：浓差极化稳定，极化曲线稳定性好，可以测量比较迅速的电化学反应。所以测量旋转圆盘电极的极化曲线，尤其在测定扩散系数、反应得失电子数、反应物浓度、电镀添加剂的整平作用和电极反应动力学参数等方面有广泛的应用。RDE法的原理旋转圆盘电极的中心是一根金属棒。棒的下端是研究电极的圆形光亮表面。棒外用聚四氟乙烯绝缘。当电极经马达带动以一定速度旋转时，在电极附近的液体必定会发生流动，在一定条件下，旋转圆盘电极附近的液体处于层流状态时，液体的流动可以分解成三个方向：1．由于电极旋转而产生的离心力，使流体在径向以v径速度向外流

3、动；2．由于流体的粘滞性，在圆盘电极的平面以一定角速度转动时，流体就要以v切速度向圆盘切向方向流动；3．由于电极附近流体向外流动，使电极中心区液体的压力下降，从而使得离电极表面较远的液体以v轴速度向中心流动。考虑到整个系统的轴对称性，选取三维圆柱坐标（图3.10）。液体基本上只作轴向流动，液体在径向和切向的流速都不可忽略。由于圆盘旋转时，其边缘区液体流动的情况复杂，所以圆盘电极必须处在整个圆盘的中心，圆盘的半径也要比电极的半径大好几倍，以忽略边缘效应对研究电极下液体流动的影响。极限扩散电流方程式为：Id=0.62nFAD2/3γ-1

4、/6Cω1/2式中：Id：圆盘电极的极限扩散电流，A/Cm2n：参与电化学反应的电子数，Cm2/秒F：法拉第常数γ：溶液的动力学粘度，Cm2/秒ω：电极的旋转速度，弧度/秒C：被测离子的浓度δ=1.61D1/3γ-1/6ω-1/2式中：δ：扩散层厚度D：被测电原性物质的扩散系数，Cm2/秒γ：溶液的动力粘度，Cm2/秒ω：旋转速度，转速/秒仪器的线路结构旋转圆盘电极的基本理论对仪器的要求是：1、由于扩散层厚度是一个可控制的量，它是通过改变ω来实现的，因此，仪器需可调整电极的转速。2、测速装置，通过光电转换，将电极的每分钟转速变为电信

5、号再经过逻辑控制，计数电路，以准确的显示每分钟的转数。旋转圆盘电极结构1.圆盘电极与垂直她的转轴同心具有很好的轴对称。2．圆盘电极周围的绝缘层有一定的相对厚度可以忽略流体动力学上的边缘效应。3．电极表面的粗糙度应小于扩散层厚度。4．电极转速适当。太慢（<1弧度/秒）时自然对流有干扰作用，太快时会出现湍流。图5.9表示旋转圆盘电极的结构。为简化数学处理并能获得均匀的扩散厚度和电流分布要求在旋转时圆盘电极附近的液体流动满足层流（不出现“湍流”）的条件。为此从流体动力学考虑整个电极装置的设计做到以下几点：旋转圆盘电极的装置ATA-1B型旋

6、转圆盘电极旋转圆盘电极的装置ATA-1B型旋转圆盘电极主要由驱动，传动电极头几部分组成，其外形和主要结构可参见结构示意图。旋转圆盘电极由装在上部的电机驱动，电机与主轴之间用磁性联轴器实现无接触传动。主轴下端安装电极头，为了能适用多种电极而采用螺纹连接，由轴上的弹簧顶针与电极保持接触。主轴与外界的电气联系设有电刷能达到要求（接触电阻<1Ω）。电极头以聚四氟乙烯作基体，底部装配有不同材料的电极，可根据需要给予加工。在主轴下轴承下部，装有通气孔，可通不同气体，起保护电极主体不被溶液气体腐蚀的作用。操作：1、配置电解液2、清洗电解池和电极。

7、装好电解池，密封后，通纯N220分钟，以除去溶液中溶解的氧。3、接好测量线路，打开电化学工作站，设参数，测定研究电极在静止时的电位。4、调节最初转速为1000转／分，测定电极旋转时的平衡电位，并调节恒电位仪的内给定，使总给定的电位变化在φ平±600mV内。5、当总给定电位处于最大(或最小)时，使电极极化，设置参数，测半个周期的极化曲线。6、改变电极的旋转速度，每次增加500转，重复步骤5，可以得到一组(5条~9条)极化曲线。注意事项1、仪器应避免强烈的冲击和震动，特别是旋转电极的转动轴不得碰撞和扳动，以防弯曲变形而降低同心度，在搬动

8、过程中及装拆电极时尤应注意。2、在装电极头时应注意检查内部是否有杂物或污垢，若有应及时清除，在旋装电极头时，用一手的二指控住主轴并稍向上用力，另一手旋动电极头并相加轴向推力（或拉力）以帮助电极头旋上（或旋下），以防止电极头内的螺纹拉毛