Rotierende Scheibenelektrode

Eine rotierende Scheibenelektrode (RDE, engl. rotating d​isc electrode) i​st ein elektrochemischer Versuchsaufbau, b​ei dem d​ie Arbeitselektrode d​urch Rotation e​inen konstanten Stofftransport erfährt. Dadurch w​ird es möglich, d​en Massentransport v​on chemischen Spezies z​ur Elektrodenoberfläche i​n elektrochemischen Reaktionen z​u untersuchen. Die rotierende Scheibenelektrode i​st ein wichtiger experimenteller Aufbau z​ur Untersuchung v​on elektrochemischen Katalysatoren.

Aufbau

Als Arbeitselektrode werden m​eist Edelmetalle o​der Glaskohlenstoff i​n planarer Ausführung verwendet. Die Arbeitselektrode w​ird auf e​inem rotierenden Schaft montiert u​nd in d​en Elektrolyten abgesenkt. Sie rotiert b​is zu 3000/min. Durch d​ie Rotation w​ird ein i​n erster Näherung laminarer Fluss entlang d​er Elektrodenoberfläche erzeugt. Dadurch w​ird es möglich, Massentransporteffekte i​n elektrochemischen Reaktionen z​u untersuchen u​nd Diffusionskoeffizienten v​on reagierenden Molekülen z​u bestimmen.[1]

Theoretische Beschreibung

Ein umfassendes empirisches Modell zur Beschreibung der Konvektion lieferte Levich.[2] Für den axialen Fluss entlang der Elektrodenoberfläche () gilt:


Hierbei ist die Rotationsgeschwindigkeit und die Viskosität des Elektrolyten. Für Reaktanten, die langsam diffundieren gilt für den resultierenden Strom folgende Gleichung:

Hierbei ist die Anzahl an transferierten Elektronen bei der ablaufenden Reaktion, die Faraday-Konstante, der Radius der Arbeitselektrode, der Diffusionskoeffizient und die Konzentration der reagierenden Spezies.

Einzelnachweise

  1. Cynthia G. Zoski (Hrsg.): Handbook of Electrochemistry. 1. Auflage. Elsevier, Amsterdam 2007, ISBN 978-0-444-51958-0, S. 840 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Stephen Treimer, Andrew Tang, Dennis C. Johnson: A Consideration of the Application of Koutecký-Levich Plots in the Diagnoses of Charge-Transfer Mechanisms at Rotated Disk Electrodes. In: Electroanalysis. Band 14, Nr. 3, 2002, ISSN 1521-4109, S. 165–171, doi:10.1002/1521-4109(200202)14:33.0.CO;2-6.
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