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            旋轉(zhuǎn)圓盤電極專欄:電極反應(yīng)基本原理及電極-溶液界面電性質(zhì)

            來源:理化有限公司   2024年05月09日 11:36  

            旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RRDE)是電化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器,電極旋轉(zhuǎn)可以使溶液形成強(qiáng)對(duì)流,提高傳質(zhì)速度;傳質(zhì)速度又可以通過電極轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制,讓電流密度分布更均勻,滿足多樣化電化學(xué)實(shí)驗(yàn)需求。

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            在電化學(xué)中,三電極體系包括工作電極、對(duì)電極和參比電極,電流通過電極和電解質(zhì)溶液界面時(shí),電極上發(fā)生的化學(xué)變化。電極反應(yīng)的原理是什么,電極-溶液界面電性質(zhì)有什么?

             

            在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,電極反應(yīng)的基本過程包含4個(gè)步驟。

            ① 雙電層充電步驟(發(fā)生在雙電層兩側(cè))

            ② 電荷轉(zhuǎn)移步驟(雙電層內(nèi))

            ③ 傳質(zhì)步驟(電極表面與溶液之間的空間)

            ④ 電極表面的吸附或化學(xué)變化所實(shí)現(xiàn)的表面轉(zhuǎn)化步驟

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            這里向大家介紹“雙電層模型”。當(dāng)一個(gè)帶點(diǎn)電極插入水基型電解液時(shí),將排斥同種電荷并將吸引異種電荷到電極表面。圖中為溶液負(fù)離子吸附在電極表面,由負(fù)離子包裹的這一層成為內(nèi)亥姆霍茲平面(綠線 inner Helmholze plane IHP),同時(shí)另一極性的離子又會(huì)包裹內(nèi)亥姆霍茲平面,形成外亥姆霍茲平面(藍(lán)線 outer Helmholtz plane OHP)。


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            電極體系中通入外界電子,部分電子將會(huì)在電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體的界面的金屬相這一側(cè)發(fā)生富集,從而使該電極體系的電極電位發(fā)生偏移。電極過程的雙電層充電步驟。


            充電完成之后,電極表面的氧化態(tài)將會(huì)得到剩余的電子,完成氧化態(tài)還原成還原態(tài)的過程,也就是電荷轉(zhuǎn)移過程。

             

            由于電極表面氧化態(tài)物種濃度發(fā)生下降,溶液本體和電極表面的空間內(nèi)會(huì)形成濃度梯度,會(huì)發(fā)生本體溶液中的氧化態(tài)物種向電極表面擴(kuò)散的現(xiàn)象,將本體溶液中的氧化態(tài)物種補(bǔ)充到電極表面,既傳質(zhì)過程。

             

            在有一些場(chǎng)合,本體溶液中的氧化態(tài)物種,傳輸?shù)诫姌O表面過后,會(huì)有一個(gè)化學(xué)轉(zhuǎn)化過程,也就是表面轉(zhuǎn)化步驟。

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