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研究する際に使用されます。より複雑な回転リングディスク電極は、実験中にリングを不活性にすることで、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、このディスクは電気モーターに接続することができ、電極の回転速度を非常に細かく制御できます。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、角速度で説明されます。ディスクが回転すると、流体境界層と呼ば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が電極の中心から押し出されます。溶液は電極に垂直に、バルクから上昇し、境界層に置き換わります。その結果、電極に向かって、および電極を横切る溶液の層流が生まれます。溶液の流速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。この流れにより、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すぐに実現できます。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撹拌されていない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
- ^ バード、AJ; フォークナー、LR 『電気化学的手法：基礎と応用』ニューヨーク：ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、第2版、2000年。
