回転ディスク電極
分析化学において、回転ディスク電極（RDE）は、流体力学的ボルタンメトリーの3電極システムで使用される作用電極です。[1] 電極は実験中に回転し、分析対象物質のフラックスを電極に誘導します。これらの作用電極は、電気化学研究において、酸化還元化学などの化学現象に関連する反応機構を調べるために使用されます。より複雑な回転リングディスク電極は、実験中にリングを非アクティブにしておくことで、回転ディスク電極として使用できます
構造
電極は、不活性な非導電性ポリマーまたは樹脂に埋め込まれた導電性ディスクで構成されており、電極の回転速度を非常に細かく制御できる電気モーターに接続できます。このディスクは、他の作用電極と同様に、通常は貴金属またはガラス状炭素で作られていますが、特定のニーズに応じて任意の導電性材料を使用できます
関数
ディスクの回転は通常、角速度で表されます。ディスクが回転すると、流体境界層として表される溶液の一部が回転するディスクに引きずられ、結果として生じる遠心力によって溶液は電極の中心から押し出されます。溶液は電極に対して垂直に、バルクから上昇し、境界層を置き換えます。その結果、電極に向かって、そして電極を横切る溶液の層流が形成されます。溶液の流れの速度は電極の角速度によって制御でき、数学的にモデル化できます。この流れは、定常電流が拡散ではなく溶液の流れによって制御される状態を迅速に達成できます。これは、定常電流が溶液中の種の拡散によって制限される サイクリックボルタンメトリーなどの静止した非撹拌実験とは対照的です
さまざまな回転速度で線形スイープボルタンメトリーやその他の実験を実行することで、多電子移動、低速電子移動の速度論、吸着/脱着ステップ、電気化学反応メカニズムなどのさまざまな電気化学現象を調査できます。
固定電極との動作の違い
サイクリックボルタンメトリーで使用される電位掃引反転は、RDEシステムでは異なります。これは、電位掃引生成物が電極から連続的に掃引されるためです。反転により同様のiE曲線が生成され、容量性充電電流を除けば、順方向走査とほぼ一致するでしょう。RDEは、電極反応生成物が電極から連続的に掃引されるため、その挙動を観察するために使用することはできません。しかし、回転リングディスク電極は、このさらなる反応性を調査するのに適しています。RDEのサイクリックボルタモグラムにおけるピーク電流は、レビッチの式に支配されるプラトー状の領域です。限界電流は通常、固定電極のピーク電流よりもはるかに高くなります。これは、反応物の物質移動が、固定電極の場合のように拡散によってのみ支配されるのではなく、回転ディスクによって積極的に促進されるためです。もちろん、回転ディスク電極は、回転子をオフにすることで固定電極としても使用できます。
参照
参考文献
- ^ Bard, AJ; Faulkner, LR電気化学的手法：基礎と応用。ニューヨーク：John Wiley & Sons、第2版、2000年
