旋转环盘电极（RRDE）技术详解：从基本结构到工作原理

　　一、基本结构：同心双电极与流体动力学设计

　　RRDE由中心圆盘电极、外围圆环电极及绝缘隔离层构成，三者同轴安装于旋转轴上。圆盘电极（直径通常5-8mm）作为主反应区，表面负载催化剂或活性材料；圆环电极（内径略大于盘径，间距约320-500μm）用于捕获中间产物；绝缘层（如PTFE特氟龙）确保电化学独立性。典型结构如PINE型号电极，盘外径5.61mm、环内径6.25mm，收集效率达37%-42.4%。

　　二、工作原理：旋转驱动的强制对流与扩散控制

　　RRDE的核心在于通过旋转（转速0-3000RPM可调）产生离心力，驱动电解液形成层流运动。这一设计显著优化了传质过程：

　　消除浓度极化：传统静止电极表面易因反应物消耗形成浓度梯度，限制反应速率。RRDE的旋转对流可持续补充反应物，使电极表面浓度均匀，反应速率接近理论极限。例如，转速提升至3000RPM时，盘电极极限电流密度可增加3倍。

　　调控扩散层厚度：旋转速度越快，扩散层（反应物需穿越的浓度梯度层）越薄。当转速从100RPM升至3000RPM时，扩散层厚度可缩小至原来的1/5，大幅提升传质效率。

　　三、核心功能：环盘协同检测与反应路径解析

　　RRDE通过盘电极与环电极的协同工作，实现以下功能：

　　主反应监测：盘电极施加极化电压，测量稳态电流，用于计算扩散系数、反应电子数等参数。

　　中间产物捕获：环电极检测盘反应生成的中间产物（如过氧化氢、一氧化碳等），通过收集效率公式

　　N=IdiskIring​

　　定量分析产率。例如，在氧还原反应（ORR）中，环电极可检测副产物过氧化氢，评估催化剂的4电子/2电子路径选择性。

　　反应机理研究：通过对比盘电流与环电流，计算电子转移数，揭示反应路径。例如，铂催化剂的ORR以4电子路径为主，而非贵金属催化剂可能同时存在2电子路径，导致过氧化氢产率升高。

　　四、技术优势与应用场景

　　RRDE的优势在于高灵敏度、原位检测与可控传质条件，广泛应用于燃料电池催化剂评价、金属腐蚀研究、二氧化碳电催化还原等领域。例如，美国PINE电极通过铂环检测羟基自由基，成功解析氧还原反应路径；在锂空气电池中，RRDE可实时监测过氧化锂生成量，评估催化剂性能。其技术参数（如收集效率、转速范围）和实验设计（如三电极体系、双恒电位仪控制）为电化学研究提供了标准化方法，推动了能源材料与催化科学的深度发展。