一、基本結(jié)構(gòu)：同心雙電極與流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

　　RRDE由中心圓盤電極、外圍圓環(huán)電極及絕緣隔離層構(gòu)成，三者同軸安裝于旋轉(zhuǎn)軸上。圓盤電極（直徑通常5-8mm）作為主反應(yīng)區(qū)，表面負(fù)載催化劑或活性材料；圓環(huán)電極（內(nèi)徑略大于盤徑，間距約320-500μm）用于捕獲中間產(chǎn)物；絕緣層（如PTFE特氟龍）確保電化學(xué)獨(dú)立性。典型結(jié)構(gòu)如PINE型號(hào)電極，盤外徑5.61mm、環(huán)內(nèi)徑6.25mm，收集效率達(dá)37%-42.4%。

　　二、工作原理：旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流與擴(kuò)散控制

　　RRDE的核心在于通過旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速0-3000RPM可調(diào)）產(chǎn)生離心力，驅(qū)動(dòng)電解液形成層流運(yùn)動(dòng)。這一設(shè)計(jì)顯著優(yōu)化了傳質(zhì)過程：

　　消除濃度極化：傳統(tǒng)靜止電極表面易因反應(yīng)物消耗形成濃度梯度，限制反應(yīng)速率。RRDE的旋轉(zhuǎn)對(duì)流可持續(xù)補(bǔ)充反應(yīng)物，使電極表面濃度均勻，反應(yīng)速率接近理論極限。例如，轉(zhuǎn)速提升至3000RPM時(shí)，盤電極極限電流密度可增加3倍。

　　調(diào)控?cái)U(kuò)散層厚度：旋轉(zhuǎn)速度越快，擴(kuò)散層（反應(yīng)物需穿越的濃度梯度層）越薄。當(dāng)轉(zhuǎn)速從100RPM升至3000RPM時(shí)，擴(kuò)散層厚度可縮小至原來的1/5，大幅提升傳質(zhì)效率。

　　三、核心功能：環(huán)盤協(xié)同檢測(cè)與反應(yīng)路徑解析

　　RRDE通過盤電極與環(huán)電極的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　主反應(yīng)監(jiān)測(cè)：盤電極施加極化電壓，測(cè)量穩(wěn)態(tài)電流，用于計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)電子數(shù)等參數(shù)。

　　中間產(chǎn)物捕獲：環(huán)電極檢測(cè)盤反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物（如過氧化氫、一氧化碳等），通過收集效率公式

　　N=IdiskIring?

　　定量分析產(chǎn)率。例如，在氧還原反應(yīng)（ORR）中，環(huán)電極可檢測(cè)副產(chǎn)物過氧化氫，評(píng)估催化劑的4電子/2電子路徑選擇性。

　　反應(yīng)機(jī)理研究：通過對(duì)比盤電流與環(huán)電流，計(jì)算電子轉(zhuǎn)移數(shù)，揭示反應(yīng)路徑。例如，鉑催化劑的ORR以4電子路徑為主，而非貴金屬催化劑可能同時(shí)存在2電子路徑，導(dǎo)致過氧化氫產(chǎn)率升高。

　　四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景

　　RRDE的優(yōu)勢(shì)在于高靈敏度、原位檢測(cè)與可控傳質(zhì)條件，廣泛應(yīng)用于燃料電池催化劑評(píng)價(jià)、金屬腐蝕研究、二氧化碳電催化還原等領(lǐng)域。例如，美國PINE電極通過鉑環(huán)檢測(cè)羥基自由基，成功解析氧還原反應(yīng)路徑；在鋰空氣電池中，RRDE可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過氧化鋰生成量，評(píng)估催化劑性能。其技術(shù)參數(shù)（如收集效率、轉(zhuǎn)速范圍）和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（如三電極體系、雙恒電位儀控制）為電化學(xué)研究提供了標(biāo)準(zhǔn)化方法，推動(dòng)了能源材料與催化科學(xué)的深度發(fā)展。