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旋转圆盘电极专栏:电极反应基本原理及电极-溶液界面电性质

更新时间:2024-05-09点击次数:141

旋转圆盘电极(RRDE)是电化学实验仪器,电极旋转可以使溶液形成强对流,提高传质速度;传质速度又可以通过电极转速进行精确控制,让电流密度分布更均匀,满足多样化电化学实验需求。

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在电化学中,三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极,电流通过电极和电解质溶液界面时,电极上发生的化学变化。电极反应的原理是什么,电极-溶液界面电性质有什么?

 

在电化学实验中,电极反应的基本过程包含4个步骤。

① 双电层充电步骤(发生在双电层两侧)

② 电荷转移步骤(双电层内)

③ 传质步骤(电极表面与溶液之间的空间)

④ 电极表面的吸附或化学变化所实现的表面转化步骤

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这里向大家介绍“双电层模型"。当一个带点电极插入水基型电解液时,将排斥同种电荷并将吸引异种电荷到电极表面。图中为溶液负离子吸附在电极表面,由负离子包裹的这一层成为内亥姆霍兹平面(绿线 inner Helmholze plane IHP),同时另一极性的离子又会包裹内亥姆霍兹平面,形成外亥姆霍兹平面(蓝线 outer Helmholtz plane OHP)。


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电极体系中通入外界电子,部分电子将会在电子导体和离子导体的界面的金属相这一侧发生富集,从而使该电极体系的电极电位发生偏移。电极过程的双电层充电步骤。


充电完成之后,电极表面的氧化态将会得到剩余的电子,完成氧化态还原成还原态的过程,也就是电荷转移过程。

 

由于电极表面氧化态物种浓度发生下降,溶液本体和电极表面的空间内会形成浓度梯度,会发生本体溶液中的氧化态物种向电极表面扩散的现象,将本体溶液中的氧化态物种补充到电极表面,既传质过程。

 

在有一些场合,本体溶液中的氧化态物种,传输到电极表面过后,会有一个化学转化过程,也就是表面转化步骤。

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