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技术文08——美国PINE公司RRDE圆盘圆环电极浅析

RRDE圆盘圆环电极,是配合旋转圆盘圆环电极装置使用的,本质上而言,是一种可以旋转的工作电极。RRDE圆盘圆环电极具有2个工作电极,分别是盘电极和环电极,配合参比电极和对电极,可以构成4电极体系,可以通过美国PINE公司WaveDriver200双恒电位仪/电化学工作站(带EIS交流阻抗功能)进行测试,常用于中间产物机理研究,比如ORR测试电子转移数目计算、OER法拉第效率测试等。

1 根据材质:盘一般是玻碳GC、金Au或者铂Pt,环一般是铂Pt,最为常见的是GCPt环。还可以定制其它材质。

2 根据结构:可以分为固定电极和可换电极,固定电极最为常用,不可拆卸。可换电极是可以通过工具拆卸和组装盘芯,环是固定的。

3 根据温度使用范围:可以分为常温电极和高温电极,常温电极是聚四氟乙烯PTFE包裹电极,一般在15-35摄氏度之间使用。高温电极是聚醚醚酮PEEK包裹电极,一般在15-70摄氏度之间使用。如果需要更高温度如70-200摄氏度,需要定制电极及改装旋转圆盘圆环装置。

4)应用方向:RRDE一般用于中间产物机理研究,在盘上发生反应,环上收集中间产物。收集的中间产物可以是液体如过氧化氢,也可以是气体如氧气,还可以是其它物质。RRDE的收集率只与电极尺寸有关,与研究体系无关。

如下是利用美国PINE公司WaveDriver200双恒电位仪Aftermath软件测试OER法拉第效率。测量原理:在盘电极上加一个恒电流发生OER反应产生氧气,在环电极上加一个恒电压发生ORR反应消耗氧气,通过盘电流、环电流以及盘环电极的收集效率即可计算法法拉第效率FE

(附图来源:Zhao SL, et al., Nature Energy, 2016, 16184.

值得注意的是盘电极上施加恒电流,环电极上施加恒电压,并不是所有的电化学工作站都支持此功能。PINE公司的WaveDriver200双恒电位仪可以支持测试。提供6种四电极测量模式。除了常见的Collection模式(盘上CV或者LSV,环上恒电压)以外,还有其它5种测量模式,可以提供恒电流、恒电压、电流扫描等测量方式。

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