RRDE旋轉環盤電極的環盤間距是影響檢測靈敏度的關鍵幾何參數,指圓盤電極邊緣與環形電極內緣之間的徑向距離,通常在0.1-2mm范圍內。這一微小間隙通過調控傳質效率與中間體捕獲率,直接影響電化學反應檢測的靈敏度與準確性。?
間距對傳質效率的影響呈現非線性關系。當間距從0.1mm增至0.5mm時,圓盤產生的反應中間體向環電極擴散的路徑縮短,捕獲效率從60%升至85%。實驗數據顯示,在氧還原反應測試中,0.2mm間距的環電流響應比0.8mm時高3倍,說明窄間距更利于捕捉短壽命中間體(如?OH)。但間距小于0.15mm時,邊緣效應加劇,導致環電極電流分布不均,反而使檢測重現性下降,相對標準偏差(RSD)從3%增至7%。?
檢測靈敏度與間距的匹配需結合反應特性。對于快速反應(如Fe²?/Fe³?氧化還原),0.3-0.5mm間距可兼顧靈敏度與穩定性,此時環電流信號強度比1mm間距高40%,且RSD控制在2.5%以內。而針對慢反應(如某些有機分子電氧化),0.6-0.8mm間距更適合,足夠的擴散空間可減少圓盤反應產物對環電極的干擾,使檢測下限降低1-2個數量級。在燃料電池催化劑評價中,0.25mm間距能精準捕捉ORR反應的中間產物H?O?,其檢測靈敏度比0.5mm間距提升2倍。?
實際應用中需考慮電極尺寸協同效應。直徑5mm的圓盤電極搭配0.2mm間距時,檢測靈敏度較佳;而10mm圓盤電極需將間距增至0.4mm,才能避免邊緣擴散受限。高轉速(如3000rpm)下,建議采用0.3-0.4mm間距,此時流體動力學邊界層分布更均勻,環電流與轉速的線性關系更顯著(R²>0.995)。此外,間距過寬(>1mm)會導致中間體在擴散過程中大量消耗,使環電流信號衰減50%以上,尤其對壽命<1ms的活性物種檢測不利。?

間距選擇還需平衡抗干擾能力。在復雜體系(如生物樣品)分析中,0.5-0.7mm間距可減少共存物質在環電極上的非特異性吸附,使信噪比提升3-5倍。通過優化環盤間距,RRDE系統對H?O?的檢測下限可低至0.1μmol/L,對燃料電池催化劑的ORR電子轉移數計算誤差控制在±0.1以內。因此,根據目標反應的動力學特性與中間體壽命合理設定環盤間距,是提升RRDE檢測靈敏度的核心策略。