В аналитической химии вращающийся дисковый электрод ( ВДЭ ) — это рабочий электрод, используемый в трехэлектродных системах для гидродинамической вольтамперометрии . [1] Электрод вращается во время экспериментов, вызывая поток аналита к электроду. Эти рабочие электроды используются в электрохимических исследованиях при изучении механизмов реакций , связанных с окислительно-восстановительной химией, среди других химических явлений . Более сложный вращающийся кольцевой дисковый электрод может использоваться в качестве вращающегося дискового электрода, если кольцо остается неактивным во время эксперимента.
Электрод включает в себя проводящий диск, встроенный в инертный непроводящий полимер или смолу, который может быть присоединен к электродвигателю, который имеет очень точный контроль скорости вращения электрода. Диск, как и любой рабочий электрод, обычно изготавливается из благородного металла или стеклоуглерода , однако в зависимости от конкретных потребностей может использоваться любой проводящий материал.
Вращение диска обычно описывается в терминах угловой скорости . По мере вращения диска часть раствора, описываемого как гидродинамический пограничный слой , увлекается вращающимся диском, и возникающая центробежная сила отбрасывает раствор от центра электрода. Раствор течет вверх, перпендикулярно электроду, из объема, чтобы заменить пограничный слой. Результатом суммы является ламинарный поток раствора к электроду и через него. Скорость потока раствора можно контролировать с помощью угловой скорости электрода и моделировать математически. Этот поток может быстро достичь условий, в которых стационарный ток контролируется потоком раствора, а не диффузией. Это контрастирует с неподвижными и неперемешиваемыми экспериментами, такими как циклическая вольтамперометрия , где стационарный ток ограничивается диффузией видов в растворе.
Проводя вольтамперометрию с линейной разверткой и другие эксперименты при различных скоростях вращения, можно исследовать различные электрохимические явления, включая многоэлектронный перенос, кинетику медленного переноса электронов, стадии адсорбции/десорбции и механизмы электрохимических реакций .
Инверсии развертки потенциала, используемые в циклической вольтамперометрии , отличаются для системы RDE, поскольку продукты развертки потенциала постоянно отводятся от электрода. Инверсия даст похожую кривую iE , которая будет близко соответствовать прямому сканированию, за исключением емкостного зарядного тока. RDE нельзя использовать для наблюдения за поведением продуктов реакции электрода, поскольку они постоянно отводятся от электрода. Однако вращающийся кольцевой дисковый электрод хорошо подходит для исследования этой дальнейшей реактивности. Пиковый ток в циклической вольтамперограмме для RDE представляет собой платообразную область, управляемую уравнением Левича . Предельный ток обычно намного выше пикового тока неподвижного электрода, поскольку массовый перенос реагентов активно стимулируется вращающимся диском, а не просто управляется диффузией, как в случае неподвижного электрода. Конечно, любой вращающийся дисковый электрод также можно использовать в качестве неподвижного электрода, используя его с выключенным ротатором.