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RRDE旋轉環盤電極實驗中的數據校正與誤差來源分析

更新時間:2025-11-05      點擊次數:53
  RRDE旋轉環盤電極是研究電催化反應機理(如氧還原反應ORR、析氧反應OER等)的重要工具,其通過盤電極生成中間產物、環電極捕獲并定量檢測,可有效推斷電子轉移數與反應路徑。然而,RRDE實驗數據的準確性高度依賴于系統校正與對誤差來源的識別控制。
 
  首要校正參數是收集效率(Collection Efficiency,N),其定義為環電極檢測到的電流與盤電極生成中間體理論電流之比。N值受電極幾何結構(環盤間距、環寬)、轉速及電解液性質影響,需通過標準體系(如K?[Fe(CN)?]/K?[Fe(CN)?])實驗測定,而非直接采用廠商標稱值。若N值不準,將導致中間產物產率(如H?O?%)和電子轉移數(n)計算嚴重偏差。
 
  其次,背景電流與電容電流需通過空白電解液循環伏安扣除,尤其在高掃速或高轉速下不可忽略。此外,iR降(溶液電阻引起的電位偏移)會扭曲極化曲線,應采用正反饋或電流中斷法進行補償,尤其在低電導率電解液中更為關鍵。

 


 
  常見誤差來源包括:
 
  1.電極表面污染或不平整:導致活性面積不均,影響電流響應重復性;
 
  2.旋轉軸偏心或振動:破壞流體動力學層流,使Levich方程失效;
 
  3.環電極電位設置不當:未能完全氧化/還原目標中間體,造成漏檢;
 
  4.溫度與氧飽和度波動:影響擴散系數與反應動力學,需嚴格控溫并預飽和氣體;
 
  5.密封不良或電解液蒸發:改變濃度與液面高度,干擾旋轉流場。
 
  為提高數據可靠性,建議:定期拋光電極、校準轉速、使用高純惰性氣體除氧、重復多組平行實驗,并結合Koutecký-Levich(K-L)分析驗證線性關系。此外,采用多轉速下的環盤電流比進行交叉驗證,可有效識別異常數據。
 
  綜上,RRDE旋轉環盤電極實驗雖功能強大,但其數據質量高度依賴嚴謹的校正流程與對系統誤差的全面控制。只有在規范操作與科學校正基礎上,所得機理結論才具可信度與可比性。